KR102400346B1 - Conductive carbon, electrode material including said conductive carbon, and electrode using said electrode material - Google Patents

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Abstract

높은 에너지 밀도를 갖는 축전 디바이스로 유도하는 도전성 카본을 제공한다.
본 발명의 도전성 카본은 친수성 부분을 포함하고, 그 친수성 부분의 함유량이 도전성 카본 전체의 10질량% 이상인 카본이다. 축전 디바이스의 전극의 제조에 있어서, 집전체 상에 형성된 활물질 입자와 본 발명의 도전성 카본을 포함하는 활물질층에 압연 처리를 실시하면, 그 압력에 의해 본 발명의 도전성 카본이 풀 형상으로 퍼져 치밀화되어 활물질 입자가 서로 접근하고, 인접하는 활물질 입자 사이에 형성되는 간극부에 본 발명의 도전성 카본이 압출시켜서 충전된다. 그 결과, 압연 처리 후에 얻어지는 전극에 있어서의 단위체적당의 활물질량이 증가하고, 전극 밀도가 상승한다.
The conductive carbon guide|induced to the electrical storage device which has a high energy density is provided.
The conductive carbon of this invention is carbon containing a hydrophilic part, and content of the hydrophilic part is 10 mass % or more of the whole conductive carbon. In the manufacture of the electrode of an electrical storage device, when a rolling process is performed to the active material layer containing the active material particle formed on the electrical power collector, and the conductive carbon of this invention, the conductive carbon of this invention spreads in the form of grass by the pressure, and it densifies, Active material particles approach each other, and the conductive carbon of this invention extrudes and fills in the clearance gap formed between adjacent active material particles. As a result, the amount of active material per unit volume in the electrode obtained after a rolling process increases, and an electrode density rises.

Description

도전성 카본, 이 도전성 카본을 포함하는 전극 재료, 및 이 전극 재료를 사용한 전극{CONDUCTIVE CARBON, ELECTRODE MATERIAL INCLUDING SAID CONDUCTIVE CARBON, AND ELECTRODE USING SAID ELECTRODE MATERIAL}Conductive carbon, the electrode material containing this conductive carbon, and the electrode using this electrode material {CONDUCTIVE CARBON, ELECTRODE MATERIAL INCLUDING SAID CONDUCTIVE CARBON, AND ELECTRODE USING SAID ELECTRODE MATERIAL}

본 발명은 높은 에너지 밀도를 갖는 2차 전지, 전기 이중층 커패시터, 레독스 커패시터 및 하이브리드 커패시터 등의 축전 디바이스에 사용되는 도전성 카본에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 도전성 카본을 포함하는 전극 재료, 및 이 전극 재료를 사용한 축전 디바이스용 전극에 관한 것이다.The present invention relates to conductive carbon used in electrical storage devices such as secondary batteries, electric double layer capacitors, redox capacitors, and hybrid capacitors having high energy density. This invention also relates to the electrode material containing the said conductive carbon, and the electrode for electrical storage devices using this electrode material.

2차 전지, 전기 이중층 커패시터, 레독스 커패시터 및 하이브리드 커패시터등의 축전 디바이스는 휴대전화나 노트북 컴퓨터 등의 정보기기의 전원, 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등의 저공해차의 모터 구동 전원이나 에너지 회생 시스템 등을 위해서 널리 응용이 검토되고 있는 디바이스지만, 이들 축전 디바이스에 있어서 고성능화, 소형화의 요청에 응하기 위해서 에너지 밀도의 향상이 요망되고 있다.Power storage devices such as secondary batteries, electric double-layer capacitors, redox capacitors and hybrid capacitors are used to power information devices such as mobile phones and notebook computers, motor-driven power sources for low-emission vehicles such as electric and hybrid vehicles, and energy regeneration systems. Although the device is widely considered for application for this purpose, in order to satisfy the request|requirement of performance improvement and miniaturization in these electrical storage devices, the improvement of the energy density is desired.

이들 축전 디바이스에서는 전해질(전해액을 포함) 중의 이온과의 전자의 수수를 수반하는 패러데이 반응, 또는 전자의 수수를 수반하지 않는 비패러데이 반응에 의해 용량을 발현하는 전극 활물질이 에너지 저장을 위해서 이용된다. 그리고, 이들 활물질은 일반적으로 도전제와의 복합 재료의 형태로 사용된다. 도전제로서는, 통상 카본 블랙, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 나노튜브 등의 도전성 카본이 사용된다. 이들 도전성 카본은 도전성이 낮은 활물질과 병용되어서 복합 재료에 도전성을 부여하는 역할을 담당하지만, 이것뿐만 아니라 활물질의 반응에 따른 체적 변화를 흡수하는 매트릭스로서도 작용하고, 또한 활물질이 기계적인 손상을 받아도 전자 전도 패스를 확보한다고 하는 역할도 담당한다.In these electrical storage devices, an electrode active material that exhibits capacity by a Faraday reaction involving electron transfer with ions in an electrolyte (including an electrolyte solution) or a non-Faraday reaction without electron transfer is used for energy storage. And, these active materials are generally used in the form of a composite material with a conductive agent. As a conductive agent, conductive carbons, such as carbon black, natural graphite, artificial graphite, and a carbon nanotube, are normally used. These conductive carbons play a role in imparting conductivity to the composite material when used in combination with an active material with low conductivity, but also act as a matrix to absorb the volume change caused by the reaction of the active material, and even if the active material is mechanically damaged, electrons It also plays a role of securing a conduction path.

그런데, 이들 활물질과 도전성 카본의 복합 재료는 일반적으로 활물질의 입자와 도전성 카본을 혼합하는 방법에 의해 제조된다. 도전성 카본은 기본적으로 축전 디바이스의 에너지 밀도의 향상에 기여하지 않기 때문에, 높은 에너지 밀도를 갖는 축전 디바이스를 얻기 위해서는 단위체적당의 도전성 카본량을 감소시켜서 활물질량을 증가시킬 필요가 있다. 그래서, 도전성 카본의 분산성을 향상시키거나, 또는 도전성 카본의 스트럭쳐를 저하시킴으로써 활물질 입자간의 거리를 접근시켜서 단위체적당의 활물질량을 증가시키는 검토가 행하여지고 있다.By the way, the composite material of these active materials and conductive carbon is generally manufactured by the method of mixing the particle|grains of an active material, and conductive carbon. Since conductive carbon does not fundamentally contribute to the improvement of the energy density of an electrical storage device, in order to obtain the electrical storage device which has a high energy density, it is necessary to reduce the amount of conductive carbon per unit volume and to increase the amount of active materials. Then, by improving the dispersibility of conductive carbon or reducing the structure of conductive carbon, the distance between active material particles is made close, and examination which increases the amount of active material per unit volume is performed.

예를 들면, 특허문헌 1(일본 특허공개 2004-134304호 공보)에는 평균 1차 입자 지름이 10~100㎚인 입경이 작은 카본재(실시예에서는 아세틸렌 블랙)를 포함하고, 또한 1.20 이상의 흑화도를 갖는 정극을 구비한 비수 2차 전지가 개시되어 있다. 정극 작성에 사용되는 도료는 정극 활물질과 상기 카본재와 바인더와 용매의 혼합물을 고속 회전 호모지나이저형 분산기, 3개 이상의 회전축을 갖는 플래니터리 믹서와 같은 강전단 분산 장치로 분산시키거나, 또는 정극 활물질과 바인더와 용매의 혼합물을 분산시킨 페이스트에 상기 카본재와 바인더와 용매의 혼합물을 강 전단 분산 장치로 분산시킨 분산체를 첨가하고, 더 분산시킴으로써 얻어진다. 강 전단력을 갖는 장치를 사용함으로써, 입자 지름이 작기 때문에 분산되기 어려운 카본재가 균일하게 분산된다.For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-134304) contains a carbon material with a small particle diameter (acetylene black in the example) having an average primary particle diameter of 10 to 100 nm, and a blackening degree of 1.20 or more. A non-aqueous secondary battery having a positive electrode having The paint used for preparing the positive electrode is a high-speed rotating homogenizer-type disperser, a high-speed rotating homogenizer-type disperser, or a high shear dispersion device such as a planetary mixer having three or more rotating shafts, or It is obtained by adding the dispersion which disperse|distributed the mixture of the said carbon material, binder, and a solvent to the paste which disperse|distributed the mixture of a positive electrode active material, a binder, and a solvent with the strong shear dispersing apparatus, and further disperse|distributes it. By using an apparatus having a strong shear force, the carbon material, which is difficult to be dispersed due to a small particle diameter, is uniformly dispersed.

또한, 특허문헌 2(일본 특허공개 2009-35598호 공보)에는 BET 비표면적이 30~90㎡/g, DBP 흡수량이 50~120mL/100g, 및 pH가 9 이상인 아세틸렌 블랙으로 이루어지는 비수계 2차 전지 전극의 도전제가 개시되어 있다. 이 아세틸렌 블랙과 활물질의 혼합물을 바인더를 포함하는 액체에 분산시켜서 슬러리를 조제하고, 이 슬러리를 집전체에 도포·건조함으로써 2차 전지의 전극이 구성된다. 상기 특성을 갖는 아세틸렌 블랙은 케첸 블랙이나 종래의 아세틸렌 블랙에 비해서 낮은 스트럭쳐를 갖기 때문에 활물질과의 혼합물의 부피밀도가 향상되고, 전지 용량이 향상된다.In addition, Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-35598) discloses a non-aqueous secondary battery comprising acetylene black having a BET specific surface area of 30 to 90 m 2 /g, a DBP absorption amount of 50 to 120 mL/100 g, and a pH of 9 or more. A conductive agent for an electrode is disclosed. The electrode of a secondary battery is comprised by dispersing this mixture of acetylene black and an active material in the liquid containing a binder, preparing a slurry, and apply|coating and drying this slurry on an electrical power collector. Acetylene black having the above characteristics has a lower structure than Ketjen black or conventional acetylene black, so the bulk density of the mixture with the active material is improved, and the battery capacity is improved.

일본 특허공개 2004-134304호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2004-134304 일본 특허공개 2009-35598호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2009-35598

축전 디바이스에는 에너지 밀도의 더 나은 향상이 항상 요구되고 있지만, 발명자들이 검토한 결과, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2과 같은 방법이라도 활물질 입자간에 도전성 카본을 효율적으로 진입시키는 것이 곤란하고, 따라서 활물질 입자간의 거리를 접근시켜서 단위체적당의 활물질량을 증가시키는 것이 곤란했다. 그 때문에, 활물질 입자와 도전성 카본의 복합 재료를 사용한 정극 및/또는 부극에 의한 에너지 밀도의 향상에는 한계가 있었다.Although the further improvement of energy density is always requested|required of an electrical storage device, as a result of the inventors examining, it is difficult to make conductive carbon efficiently enter between active material particles even if it is a method similar to patent document 1 or patent document 2, Therefore, between active material particles It was difficult to increase the amount of active material per unit volume by making the distance closer. Therefore, there existed a limit in the improvement of the energy density by the positive electrode and/or a negative electrode using the composite material of active material particle and conductive carbon.

그래서, 본 발명의 목적은 높은 에너지 밀도를 갖는 축전 디바이스로 유도하는 도전성 카본을 제공하는 것이다.Then, the objective of this invention is providing the conductive carbon guide|induced to the electrical storage device which has a high energy density.

발명자들은 예의 검토한 결과, 카본 원료에 강한 산화 처리를 행함으로써 얻어진 도전성 카본과 활물질 입자의 복합 재료를 사용하여 축전 디바이스의 전극을 구성하면, 전극 밀도가 대폭 상승하는 것을 발견했다. 그리고, 이 도전성 카본을 상세하게 분석한 결과, 도전성 카본이 친수성 부분을 많이 포함하여 친수성 부분의 함유량이 도전성 카본 전체의 10질량% 이상이면, 높은 에너지 밀도를 갖는 축전 디바이스로 유도하는 도전성 카본이 얻어지는 것을 알 수 있었다.As a result of the inventors earnestly examining, when the electrode of an electrical storage device was comprised using the composite material of the conductive carbon obtained by giving strong oxidation treatment to a carbon raw material, and active material particle, it discovered that an electrode density rose significantly. And as a result of analyzing this conductive carbon in detail, conductive carbon guide|induced to the electrical storage device which has a high energy density that conductive carbon contains many hydrophilic parts and content of a hydrophilic part is 10 mass % or more of the whole conductive carbon is obtained could see that

따라서, 본 발명은 우선, 축전 디바이스의 전극을 위한 도전성 카본으로서 상기 도전성 카본이 친수성 부분을 포함하고, 상기 친수성 부분의 함유량이 도전성 카본 전체의 10질량% 이상인 것을 특징으로 하는 도전성 카본에 관한 것이다.Therefore, first, this invention relates to the conductive carbon characterized by the above-mentioned conductive carbon including a hydrophilic part as conductive carbon for the electrode of an electrical storage device, and content of the said hydrophilic part being 10 mass % or more of the whole conductive carbon.

본 발명에 있어서, 도전성 카본의 「친수성 부분」이란 이하의 의미를 갖는다. 즉, pH11의 암모니아 수용액 20ml에 0.1g의 도전성 카본을 첨가하고, 1분간의 초음파 조사를 행하여 얻어진 액을 5시간 방치해서 고상 부분을 침전시킨다. 침전하지 않고 pH11의 암모니아 수용액에 분산되어 있는 부분이 「친수성 부분」이다. 또한, 친수성 부분의 도전성 카본 전체에 대한 함유량은 이하의 방법에 의해 구해진다. 상기 고상 부분의 침전 후, 상청액을 제거한 잔여 부분을 건조시켜서 건조 후의 고체의 중량을 측정한다. 건조 후의 고체의 중량을 최초의 도전성 카본의 중량 0.1g으로부터 뺀 중량이, pH11의 암모니아 수용액에 분산되어 있는 「친수성 부분」의 중량이다. 그리고, 「친수성 부분」의 중량의 최초의 도전성 카본의 중량 0.1g에 대한 중량비가, 도전성 카본에 있어서의 「친수성 부분」의 함유량이다.In this invention, the "hydrophilic part" of conductive carbon has the following meanings. That is, 0.1 g of conductive carbon is added to 20 ml of aqueous ammonia solution of pH11, and the liquid obtained by performing ultrasonic irradiation for 1 minute is left to stand for 5 hours, and a solid-phase part is precipitated. The part dispersed in the aqueous ammonia solution of pH 11 without precipitation is the "hydrophilic part". In addition, content with respect to the whole conductive carbon of a hydrophilic part is calculated|required with the following method. After precipitation of the solid portion, the remaining portion from which the supernatant is removed is dried, and the weight of the dried solid is measured. The weight which subtracted the weight of the solid after drying from the weight 0.1g of the first conductive carbon is the weight of the "hydrophilic part" disperse|distributed to the aqueous ammonia solution of pH11. And weight ratio with respect to the weight 0.1g of the first conductive carbon of the weight of a "hydrophilic part" is content of the "hydrophilic part" in conductive carbon.

종래의 축전 디바이스의 전극에 있어서 도전제로서 사용되고 있는 카본 블랙, 천연 흑연, 카본 나노튜브 등의 도전성 카본에 있어서의 친수성 부분의 비율은 전체의 5질량% 이하이다. 그러나, 이것들을 원료로 해서 이들 원료에 산화 처리를 실시하면 입자의 표면으로부터 산화되어 카본에 히드록시기, 카르복시기나 에테르 결합이 도입되고, 또한 카본의 공역 이중 결합이 산화되어서 탄소 단결합이 생성되며, 부분적으로 탄소간 결합이 절단되어 입자 표면에 친수성 부분이 생성된다. 그리고, 산화 처리의 강도를 강화해 가면 카본 입자에 있어서의 친수성 부분의 비율이 증가하여 친수성 부분이 도전성 카본 전체의 10질량% 이상을 차지하게 되고, 이 친수성 부분을 통해서 입자가 응집하게 된다.The ratio of the hydrophilic part in conductive carbons, such as carbon black, natural graphite, and carbon nanotube, used as a conductive agent in the electrode of the conventional electrical storage device is 5 mass % or less of the whole. However, if these raw materials are subjected to oxidation treatment using these materials as raw materials, they are oxidized from the surface of the particles, hydroxy groups, carboxy groups, or ether bonds are introduced into carbon, and conjugated double bonds of carbon are oxidized to form carbon single bonds, partially The carbon-to-carbon bond is cleaved to form a hydrophilic moiety on the particle surface. And when the intensity|strength of an oxidation process is strengthened, the ratio of the hydrophilic part in a carbon particle will increase, a hydrophilic part will occupies 10 mass % or more of the whole conductive carbon, and particle|grains will aggregate through this hydrophilic part.

도 1은, 이와 같은 응집체에 압력을 가했을 경우의 응집체의 변화를 모델적으로 나타낸 도면이다. 도 1의 상부의 도면에 나타내는 바와 같은 친수성 부분을 통해서 응집된 응집체에 압력을 더해 가면, 취약한 친수성 부분이 압력에 견딜 수 없어져서 도 1의 중앙의 도면에 나타내는 바와 같이 응집체가 압괴한다. 또한, 압력을 증가시키면 카본 입자 표면의 친수성 부분뿐만 아니라, 입자 중앙의 비산화 부분도 변형되거나 또는 부분적으로 단열되어서 응집체 전체가 압축된다. 그러나, 압축되어도 카본 입자의 친수성 부분이 바인더로 되어서, 도 1의 하부의 도면에 나타내는 바와 같이 카본 입자의 비산화 부분과 친수성 부분이 일체로 되어 풀 형상으로 퍼진다. 그리고, 풀 형상으로 퍼진 카본은 매우 치밀하게 압축되어 있다. 또한, 「풀 형상」이란 배율 25000배로 촬영한 SEM 사진에 있어서 카본 1차 입자의 입계가 확인되지 않고, 비입자상의 부정형인 카본이 연결되어 있는 상태를 의미한다.1 is a diagram schematically illustrating changes in aggregates when pressure is applied to such aggregates. When pressure is applied to the aggregated aggregate through the hydrophilic portion as shown in the upper drawing of FIG. 1, the weak hydrophilic portion cannot withstand the pressure, and the aggregate collapses as illustrated in the central drawing of FIG. In addition, when the pressure is increased, not only the hydrophilic portion of the surface of the carbon particles but also the non-oxidized portion at the center of the particle is deformed or partially insulated, thereby compressing the aggregate as a whole. However, even when compressed, the hydrophilic part of the carbon particle becomes a binder, and as shown in the lower figure of FIG. And the carbon spread in the form of grass is compressed very densely. In addition, the "grass shape" refers to a state in which the grain boundaries of the primary carbon particles are not confirmed in the SEM photograph taken at a magnification of 25000 times, and non-particulate amorphous carbon is connected.

본 발명의 도전성 카본은 활물질 입자의 표면에 부착되기 쉽고, 또한 압력을 받으면 일체적으로 압축되어서 풀 형상으로 퍼져서 뿔뿔이 흩어져지기 어렵다고 하는 특징을 갖는다. 그 때문에, 축전 디바이스의 전극을 위해서 본 발명의 도전성 카본과 활물질 입자를 혼합해서 전극 재료를 얻으면, 혼합의 과정에서 도전성 카본이 활물질 입자의 표면에 부착되어서 표면을 덮고, 활물질 입자의 분산성을 향상시킨다. 전극 재료 제조시에 도전성 카본에 끼쳐지는 압력이 크면, 도전성 카본의 적어도 일부가 풀 형상으로 퍼져서 활물질 입자의 표면이 부분적으로 덮여진다. 그리고 전극의 집전체 상에 이 전극 재료를 이용하여 활물질층을 형성하고 활물질층에 압력을 더해가면, 도 1의 하부의 도면에 나타내는 바와 같이 본 발명의 도전성 카본의 대부분 또는 전부가 풀 형상으로 퍼져서 활물질 입자의 표면을 덮으면서 치밀화하여 활물질 입자가 서로 접근하고, 이것에 따라 본 발명의 도전성 카본이 활물질 입자의 표면을 덮으면서 인접하는 활물질 입자 사이에 형성되는 간극부뿐만 아니라 활물질 입자의 표면에 존재하는 구멍(2차 입자에 있어서 확인되는 1차 입자간의 간극을 포함함)의 내부에도 압출되어 치밀하게 충전된다(도 3 참조). 그 때문에, 전극에 있어서의 단위체적당의 활물질량이 증가하고, 전극 밀도가 증가한다. 또한, 치밀하게 충전된 풀 형상의 도전성 카본은 도전제로서 기능하는데에 충분한 도전성을 가짐과 아울러, 축전 디바이스 중의 전해액의 함침을 억제하지 않는다. 그 결과, 축전 디바이스의 에너지 밀도의 향상이 초래된다.The conductive carbon of this invention is easy to adhere to the surface of an active material particle, and when it receives pressure, it is compressed integrally, and it spreads in the form of a paste, and has the characteristic that it is hard to be scattered. Therefore, when the conductive carbon and active material particles of the present invention are mixed for an electrode of an electrical storage device to obtain an electrode material, in the process of mixing, conductive carbon adheres to the surface of the active material particles and covers the surface, and the dispersibility of the active material particles is improved make it When the pressure applied to conductive carbon at the time of electrode material manufacture is large, at least one part of conductive carbon will spread in the form of grass, and the surface of an active material particle will be covered partially. And when an active material layer is formed using this electrode material on the current collector of the electrode and pressure is added to the active material layer, most or all of the conductive carbon of the present invention spreads in a grass shape as shown in the lower drawing of FIG. By densification while covering the surface of the active material particles, the active material particles approach each other, and accordingly, the conductive carbon of the present invention covers the surface of the active material particle while covering the surface of the active material particle as well as the gap formed between the adjacent active material particles It exists on the surface of the active material particle It is also extruded and densely filled inside the hole (including the gap between the primary particles identified in the secondary particles) to be formed (see Fig. 3). Therefore, the amount of active material per unit volume in an electrode increases, and an electrode density increases. Moreover, while having sufficient electroconductivity to function as a electrically conductive agent, the paste-shaped conductive carbon with which it filled densely does not suppress the impregnation of the electrolyte solution in an electrical storage device. As a result, the improvement of the energy density of an electrical storage device is brought about.

한편, 종래의 축전 디바이스의 전극에 있어서 도전제로서 사용되고 있는 카본 블랙 등의 도전성 카본 또는 이것들의 카본을 산화한 것이라도 산화 강도가 부족한 카본이어서, 친수성 부분의 함유량이 도전성 카본 전체의 10질량% 미만인 것을 사용하여 축전 디바이스의 전극을 구성해도 전극 밀도의 증가가 충분하지 않다. 본 발명의 도전성 카본에 있어서, 친수성 부분의 함유량이 도전성 카본 전체의 12질량% 이상 30질량% 이하이면 특히 높은 전극 밀도가 얻어지기 때문에 바람직하다.On the other hand, conductive carbon such as carbon black used as a conductive agent in the electrode of a conventional electrical storage device or even oxidized carbon thereof is carbon lacking in oxidation strength, and the content of the hydrophilic portion is less than 10% by mass of the entire conductive carbon. Even if the electrode of an electrical storage device is comprised using a thing, the increase of an electrode density is not enough. Conductive carbon of this invention WHEREIN: Since especially high electrode density is obtained that content of a hydrophilic part is 12 mass % or more and 30 mass % or less of the whole conductive carbon, it is preferable.

본 발명의 도전성 카본은 공극을 갖는 카본 원료를 산화 처리함으로써 바람직하게 제조할 수 있다. 상기 공극에는 다공질 탄소 분말의 공극 외에 케첸 블랙의 내부 공공, 카본 나노파이버나 카본 나노튜브의 튜브 내 공극 및 튜브간 공극이 포함된다.The conductive carbon of this invention can be manufactured suitably by oxidation-processing the carbon raw material which has a space|gap. The voids include internal voids of Ketjen black, voids within tubes of carbon nanofibers or carbon nanotubes, and voids between tubes, in addition to voids of the porous carbon powder.

본 발명의 도전성 카본과 전극 활물질 입자의 복합 재료를 전극 재료로서 사용해서 축전 디바이스의 전극을 구성하면, 상술한 바와 같이 축전 디바이스의 에너지 밀도의 향상이 초래된다. 따라서, 본 발명은 또한 축전 디바이스를 위한 전극 재료로서, 본 발명의 도전성 카본과 전극 활물질 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 재료에 관한 것이다.When the electrode of an electrical storage device is comprised using the composite material of the conductive carbon of this invention and electrode active material particle as an electrode material, as mentioned above, the improvement of the energy density of an electrical storage device will be brought about. Therefore, this invention also relates to the electrode material characterized by including the conductive carbon and electrode active material particle of this invention as an electrode material for electrical storage devices.

본 발명의 전극 재료에 있어서, 상기 전극 활물질 입자의 평균 입경이 0.01~2㎛인 것이 바람직하다. 본 발명의 도전성 카본이 활물질 입자의 표면에 부착되어서 표면을 덮기 때문에, 활물질 입자의 평균 입경이 0.01~2㎛로 작아도 활물질 입자의 응집을 억제할 수 있다.The electrode material of this invention WHEREIN: It is preferable that the average particle diameter of the said electrode active material particle is 0.01-2 micrometers. Since the conductive carbon of this invention adheres to the surface of an active material particle and covers the surface, even if the average particle diameter of an active material particle is as small as 0.01-2 micrometers, aggregation of an active material particle can be suppressed.

본 발명의 전극 재료에 있어서, 상기 전극 활물질 입자가 정극 활물질 또는 부극 활물질로서 동작 가능한 0.01~2㎛의 평균 입경을 갖는 미소 입자와, 그 미소 입자와 같은 극의 활물질로서 동작 가능한 2㎛보다 크고 25㎛ 이하의 평균 입경을 갖는 조대 입자로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 조대 입자는 전극 밀도를 증가시켜서 축전 디바이스의 에너지 밀도를 향상시킨다. 또한, 전극 제조시에 전극 재료에 인가되는 압력에 의해서, 미소 입자가 본 발명의 도전성 카본을 압박하면서 도전성 카본과 함께 인접하는 조대 입자 사이에 형성되는 간극부로 압출시켜서 충전되기 때문에, 전극 밀도가 더욱 증가하고, 축전 디바이스의 에너지 밀도가 더욱 향상된다. 또한, 활물질 입자의 평균 입경은 광산란 입도계를 사용한 입도 분포의 측정에 있어서의 50% 지름(메디안 지름)을 의미한다.In the electrode material of the present invention, the electrode active material particles are microparticles having an average particle diameter of 0.01 to 2 μm that can operate as a positive electrode active material or a negative electrode active material, and larger than 2 μm that can operate as the same electrode active material as the microparticles 25 It is preferably composed of coarse particles having an average particle diameter of mu m or less. Coarse particles increase the electrode density, thereby improving the energy density of the electrical storage device. In addition, by the pressure applied to the electrode material at the time of electrode manufacturing, the microparticles are extruded and filled into the gaps formed between the adjacent coarse particles together with the conductive carbon while pressing the conductive carbon of the present invention, so that the electrode density is further increased. increase, and the energy density of the power storage device is further improved. In addition, the average particle diameter of active material particle|grains means the 50% diameter (median diameter) in the measurement of the particle size distribution using the light-scattering particle size meter.

본 발명의 전극 재료에 있어서, 다른 도전성 카본, 특히 본 발명의 도전성 카본보다 높은 도전율을 갖는 도전성 카본이 더 포함되어 있는 것이 바람직하다. 전극 제조시에 전극 재료에 인가되는 압력에 의해, 이들 카본도 본 발명의 도전성 카본과 함께 인접하는 활물질 입자에 의해 형성되는 간극부에 빽빽하게 충전되고 전극 전체의 도전성이 향상되기 때문에, 축전 디바이스의 에너지 밀도가 더욱 향상된다.The electrode material of this invention WHEREIN: It is preferable that the conductive carbon which has electrical conductivity higher than other conductive carbon, especially the conductive carbon of this invention is further contained. By the pressure applied to the electrode material at the time of electrode manufacture, these carbons are also densely filled in the gaps formed by the active material particles adjacent together with the conductive carbon of the present invention, and the conductivity of the entire electrode is improved, so the energy of the electrical storage device The density is further improved.

상술한 바와 같이, 본 발명의 도전성 카본과 활물질 입자를 포함하는 전극 재료를 이용하여 축전 디바이스의 전극을 구성하면, 축전 디바이스의 에너지 밀도가 향상된다. 따라서, 본 발명은 또한, 축전 디바이스의 전극으로서 본 발명의 전극 재료에 압력을 인가함으로써 형성된 활물질층을 갖는 것을 특징으로 하는 전극에 관한 것이다. 또한, 전극에 있어서 활물질 입자 표면의 대부분 또는 전부가, 활물질 입자의 표면에 존재하는 구멍의 내부에 이르기까지 풀 형상으로 퍼진 본 발명의 도전성 카본에 의해 피복되어 있기 때문이라고 생각되지만, 축전 디바이스 중의 전해액에 대한 활물질의 용해가 대폭 억제되어 축전 디바이스의 사이클 특성이 대폭 향상되는 것을 알 수 있다.As mentioned above, when the electrode of an electrical storage device is comprised using the electrode material containing the conductive carbon and active material particle of this invention, the energy density of an electrical storage device will improve. Accordingly, the present invention also relates to an electrode characterized in that it has an active material layer formed by applying pressure to the electrode material of the present invention as an electrode of an electrical storage device. Moreover, it is thought that it is because most or all of the surface of an active material particle is coat|covered with the conductive carbon of this invention which spread in the form of grass to the inside of the hole which exists in the surface of an active material particle in an electrode, but the electrolyte solution in an electrical storage device It turns out that dissolution of the active material with respect to is suppressed significantly, and cycling characteristics of an electrical storage device improve significantly.

(발명의 효과)(Effects of the Invention)

본 발명의 도전성 카본은 활물질 입자의 표면에 부착되기 쉽고, 또한 압력을 받으면 일체적으로 압축되어서 풀 형상으로 퍼져서 뿔뿔이 흩어지기 어렵기 때문에, 본 발명의 도전성 카본과 활물질 입자를 혼합해서 전극 재료를 얻는 과정에서 도전성 카본이 활물질 입자의 표면에 부착되어서 표면을 덮어 활물질 입자의 분산성을 향상시킨다. 또한, 축전 디바이스의 전극의 제조에 있어서 활물질 입자와 본 발명의 도전성 카본을 포함하는 전극 재료에 압력을 인가하면, 그 압력에 의해 본 발명의 도전성 카본의 대부분 또는 전부가 풀 형상으로 퍼져서 활물질 입자의 표면을 덮으면서 치밀화되어 활물질 입자가 서로 접근하고, 이것에 따라 본 발명의 도전성 카본이 활물질 입자의 표면을 덮으면서 인접하는 활물질 입자의 사이에 형성되는 간극부뿐만 아니라 활물질 입자의 표면에 존재하는 구멍의 내부에도 압출되어 치밀하게 충전된다. 그 때문에, 전극에 있어서의 단위체적당의 활물질량이 증가하고, 전극 밀도가 증가한다. 또한, 치밀하게 충전된 풀 형상의 도전성 카본은 도전제로서 기능하는데에 충분한 도전성을 가짐과 아울러, 축전 디바이스 중의 전해액의 함침을 억제하지 않는다. 그 결과, 축전 디바이스의 에너지 밀도의 향상이 초래된다.The conductive carbon of the present invention tends to adhere to the surface of the active material particles, and when pressure is applied, it is compressed integrally, spreads in a pasty shape, and is difficult to be scattered. Conductive carbon is attached to the surface of the active material particles in the process to cover the surface to improve the dispersibility of the active material particles. Moreover, when a pressure is applied to the electrode material containing active material particle and the conductive carbon of this invention in manufacture of the electrode of an electrical storage device, most or all of the conductive carbon of this invention spreads in the form of grass by the pressure, and the active material particle It is densified while covering the surface, and the active material particles approach each other, and thereby, the conductive carbon of the present invention covers the surface of the active material particle while covering the surface of the active material particle as well as the gap formed between the adjacent active material particles, as well as the pores existing on the surface of the active material particle It is also extruded and densely filled inside. Therefore, the amount of active material per unit volume in an electrode increases, and an electrode density increases. Moreover, while having sufficient electroconductivity to function as a electrically conductive agent, the paste-shaped conductive carbon with which it filled densely does not suppress the impregnation of the electrolyte solution in an electrical storage device. As a result, the improvement of the energy density of an electrical storage device is brought about.

도 1은 실시예의 도전성 카본의 응집체에 압력이 인가된 경우의 응집체의 변화를 모델적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예와 비교예의 도전성 카본에 대해서 친수성 부분의 함유량과 전극 밀도의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예의 도전성 카본과 활물질 입자를 포함하는 활물질층을 갖는 전극의 단면에 대한 SEM 사진이며, (A)는 1500배의 사진이고, (B)는 25000배의 사진이다.
도 4는 비교예의 도전성 카본과 활물질 입자를 포함하는 활물질층을 갖는 전극의 단면에 대한 SEM 사진이며, (A)는 1500배의 사진이고, (B)는 25000배의 사진이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 나타낸 전극에 대해서 질소 가스 흡착법에 의해 세공 분포를 측정한 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 또는 비교예의 도전성 카본과 활물질 입자를 포함하는 활물질층을 갖는 전극을 구비한 리튬 이온 2차 전지의 레이트 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 레이트 특성을 나타낸 리튬 이온 2차 전지의 사이클 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 또는 비교예의 도전성 카본과 다른 종류의 활물질 입자를 포함하는 활물질층을 갖는 전극을 구비한 리튬 이온 2차 전지의 레이트 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 레이트 특성을 나타낸 리튬 이온 2차 전지의 사이클 특성을 나타내는 도면이다.
도 10은 실시예 또는 비교예의 도전성 카본과 또 다른 종류의 활물질 입자를 포함하는 활물질층을 갖는 전극을 구비한 리튬 이온 2차 전지의 레이트 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10에 레이트 특성을 나타낸 리튬 이온 2차 전지의 사이클 특성을 나타내는 도면이다.
도 12는 실시예의 도전성 카본, 아세틸렌 블랙 및 활물질의 입자를 건식 혼합해서 얻어진 혼합물의 50000배의 SEM 사진이다.
도 13은 실시예 또는 비교예의 도전성 카본과 활물질 입자를 포함하는 활물질층을 갖는 전극을 구비한 리튬 이온 2차 전지의 레이트 특성을 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13에 레이트 특성을 나타낸 리튬 이온 2차 전지의 사이클 특성을 나타내는 도면이다.
도 15는 실시예와 비교예의 도전성 카본의 SEM 사진이다.
도 16은 실시예와 비교예의 도전성 카본에 대해서 프레스압의 영향을 조사한 결과를 나타내는 도면이며, (A)는 프레스압과 밀도의 관계를, (B)는 프레스압과 밀도 증가율의 관계를 각각 나타내고 있다.
도 17은 실시예와 비교예의 도전성 카본에 대해서 프레스압의 영향을 조사한 결과를 나타내는 도면이며, (A)는 프레스압과 도전율의 관계를, (B)는 프레스압과 도전율 증가율의 관계를 각각 나타내고 있다.
도 18은 실시예의 도전성 카본 또는 아세틸렌 블랙과, 활물질의 미소 입자를 건식 혼합해서 얻어진 혼합물의 50000배의 SEM 사진이다.
도 19는 실시예의 도전성 카본 또는 아세틸렌 블랙과, 활물질의 조대 입자를 건식 혼합해서 얻어진 혼합물의 100000배의 SEM 사진이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which showed the change of the aggregate when a pressure is applied to the aggregate of the conductive carbon of an Example modelly.
It is a figure which showed the relationship between content of a hydrophilic part, and an electrode density about the conductive carbon of an Example and a comparative example.
3 is a SEM photograph of a cross section of an electrode having an active material layer containing conductive carbon and active material particles of an embodiment, (A) is a photograph at 1500 times, (B) is a photograph at 25000 times.
4 is a SEM photograph of a cross section of an electrode having an active material layer containing conductive carbon and active material particles of a comparative example, (A) is a photograph at 1500 times, (B) is a photograph at 25000 times.
Fig. 5 is a view showing the result of measuring the pore distribution of the electrodes shown in Figs. 3 and 4 by a nitrogen gas adsorption method.
It is a figure which shows the rate characteristic of the lithium ion secondary battery provided with the electrode which has the active material layer containing the conductive carbon of an Example or a comparative example, and active material particle.
7 is a view showing cycle characteristics of the lithium ion secondary battery showing the rate characteristics in FIG. 6 .
It is a figure which shows the rate characteristic of the lithium ion secondary battery provided with the electrode which has the active material layer containing the conductive carbon of an Example or a comparative example and the active material particle of a different kind.
9 is a view showing cycle characteristics of the lithium ion secondary battery showing the rate characteristics in FIG. 8 .
It is a figure which shows the rate characteristic of the lithium ion secondary battery provided with the electrode which has an active material layer containing conductive carbon of an Example or a comparative example, and another type of active material particle.
11 is a view showing cycle characteristics of the lithium ion secondary battery showing the rate characteristics in FIG. 10 .
It is a SEM photograph of 50000 times of the mixture obtained by dry-mixing the conductive carbon of an Example, acetylene black, and the particle|grains of an active material.
It is a figure which shows the rate characteristic of the lithium ion secondary battery provided with the electrode which has an active material layer containing conductive carbon of an Example or a comparative example, and active material particle.
14 is a view showing cycle characteristics of the lithium ion secondary battery having the rate characteristics shown in FIG. 13 .
It is an SEM photograph of the conductive carbon of an Example and a comparative example.
It is a figure which shows the result of having investigated the influence of a press pressure about the conductive carbon of an Example and a comparative example, (A) shows the relationship between a press pressure and a density, (B) shows the relationship between a press pressure and a density increase rate, respectively there is.
It is a figure which shows the result of having investigated the influence of press pressure about the conductive carbon of an Example and a comparative example, (A) shows the relationship between a press pressure and electrical conductivity, (B) shows the relationship between a press pressure and electrical conductivity increase rate, respectively there is.
It is an SEM photograph of 50000 times of the mixture obtained by dry-mixing the conductive carbon or acetylene black of an Example, and the fine particle of an active material.
It is a SEM photograph of 100000 times of the mixture obtained by dry-mixing the conductive carbon or acetylene black of an Example, and the coarse particle of an active material.

본 발명의 도전성 카본은 친수성 부분을 포함하고, 그 친수성 부분의 함유량이 도전성 카본 전체의 10질량% 이상, 바람직하게는 12질량% 이상 30질량% 이하이다. 카본 원료, 바람직하게는 공극을 갖는 카본 원료에 산화 처리를 실시하면 입자의 표면으로부터 산화되어 카본에 히드록시기, 카르복시기나 에테르 결합이 도입되고, 또한 카본의 공역 이중 결합이 산화되어서 탄소 단결합이 생성되며, 부분적으로 탄소간 결합이 절단되어 입자 표면에 친수성 부분이 생성된다. 그리고, 산화 처리의 강도를 강화해 가면, 카본 입자에 있어서의 친수성 부분의 비율이 증가하여 친수성 부분이 도전성 카본 전체의 10질량% 이상을 차지하게 된다.The conductive carbon of this invention contains a hydrophilic part, Content of the hydrophilic part is 10 mass % or more of the whole conductive carbon, Preferably they are 12 mass % or more and 30 mass % or less. When oxidation treatment is performed on a carbon raw material, preferably a carbon raw material having voids, it is oxidized from the surface of the particles to introduce a hydroxyl group, a carboxyl group or an ether bond into the carbon, and a conjugated double bond of carbon is also oxidized to form a carbon single bond. , the intercarbon bond is partially cleaved to create a hydrophilic moiety on the particle surface. And when the intensity|strength of an oxidation process is strengthened, the ratio of the hydrophilic part in a carbon particle will increase, and a hydrophilic part will occupy 10 mass % or more of the whole conductive carbon.

이렇게 된 도전성 카본은 활물질의 표면에 부착되기 쉽고, 또한 압력을 받으면 일체적으로 압축되어서 풀 형상으로 퍼져서 뿔뿔이 흩어지기 어렵다고 하는 특징을 갖는다.Conductive carbon in this way is easy to adhere to the surface of an active material, and when it receives pressure, it compresses integrally, spreads in the form of a paste, and has the characteristic that it is hard to be scattered.

본 발명의 도전성 카본은,The conductive carbon of this invention,

(a1) 공극을 갖는 카본 원료를 산으로 처리하는 공정,(a1) a step of treating the carbon raw material having pores with an acid;

(b1) 산 처리 후의 생성물과 전이금속 화합물을 혼합하는 공정,(b1) a step of mixing the product after acid treatment with the transition metal compound;

(c1) 얻어진 혼합물을 분쇄하여 메카노케미컬 반응을 발생시키는 공정,(c1) pulverizing the obtained mixture to generate a mechanochemical reaction;

(d1) 메카노케미컬 반응 후의 생성물을 비산화 분위기 중에서 가열하는 공정, 및(d1) a step of heating the product after the mechanochemical reaction in a non-oxidizing atmosphere, and

(e1) 가열 후의 생성물로부터, 상기 전이금속 화합물 및/또는 그 반응 생성물을 제거하는 공정(e1) step of removing the transition metal compound and/or its reaction product from the product after heating

을 포함하는 제 1 제조 방법에 의해, 바람직하게 얻을 수 있다.It can be preferably obtained by the first manufacturing method comprising

제 1 제조 방법에서는 카본 원료로서 다공질 탄소 분말, 케첸 블랙, 공극을 갖는 퍼니스 블랙, 카본 나노파이버 및 카본 나노튜브와 같은 공극을 갖는 카본이 사용된다. 공극을 갖는 카본 원료로서, MP법에 의해 측정된 2㎚ 이하의 지름을 갖는 마이크로 구멍의 비표면적이 200㎡/g 이상인 카본을 사용하는 것이 바람직하고, 또한 평균 1차 입자 지름이 200㎚ 이하인 카본을 사용하는 것이 바람직하며, 또한 입자의 형상이 구형인 카본을 사용하는 것이 바람직하다. 이 범위의 카본 원료는 제 1 제조 방법에 의해 본 발명의 도전성 카본으로 변성시키기 쉽다. 그 중에서도, 특히 케첸 블랙이나 공극을 갖는 퍼니스 블랙 등의 구형상의 입자가 바람직하다. 중실의 카본을 원료로서 사용하고 제 1 제조 방법과 마찬가지의 처리를 행해도, 본 발명의 도전성 카본을 얻는 것은 곤란하다.In the first production method, carbon having pores such as porous carbon powder, Ketjen black, furnace black having pores, carbon nanofibers and carbon nanotubes is used as a carbon raw material. As the carbon raw material having voids, it is preferable to use carbon having a specific surface area of micropores having a diameter of 2 nm or less measured by the MP method of 200 m 2 /g or more, and carbon having an average primary particle diameter of 200 nm or less. It is preferable to use, and it is also preferable to use carbon having a spherical particle shape. It is easy to modify|denature the carbon raw material of this range into the conductive carbon of this invention with a 1st manufacturing method. Among them, spherical particles such as Ketjen Black and voided furnace black are particularly preferable. Even if it performs the process similar to a 1st manufacturing method using solid carbon as a raw material, it is difficult to obtain the conductive carbon of this invention.

(a1) 공정에서는 상기 카본 원료를 산에 침지해서 방치한다. 이 침지시에 초음파를 조사해도 좋다. 산으로서는 질산, 질산 황산 혼합물, 차아염소산 수용액 등의 카본의 산화 처리에 통상 사용되는 산을 사용할 수 있다. 침지 시간은 산의 농도나 처리되는 카본 원료의 양 등에 의존하지만, 일반적으로 5분~5시간의 범위이다. 산 처리 후의 카본을 충분히 수세하고 건조한 후, (b1) 공정에 있어서 전이금속 화합물과 혼합한다.In the step (a1), the carbon raw material is immersed in acid and left to stand. You may irradiate an ultrasonic wave at the time of this immersion. As the acid, an acid commonly used for oxidation treatment of carbon, such as nitric acid, a mixture of nitric acid and sulfuric acid, and an aqueous hypochlorous acid solution can be used. The soaking time depends on the concentration of the acid, the amount of the carbon raw material to be treated, and the like, but is generally in the range of 5 minutes to 5 hours. After the carbon after acid treatment is sufficiently washed with water and dried, it is mixed with a transition metal compound in step (b1).

(b1) 공정에 있어서 카본 원료에 첨가되는 전이금속 화합물로서는 전이금속의 할로겐화물, 질산염, 황산염, 탄산염 등의 무기 금속염, 포름산염, 아세트산염, 옥살산염, 메톡시드, 에톡시드, 이소프로폭시드 등의 유기 금속염, 또는 이것들의 혼합물을 사용할 수 있다. 이것들의 화합물은 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋다. 다른 전이금속을 포함하는 화합물을 소정량으로 혼합해서 사용해도 좋다. 또한, 반응에 악영향을 주지 않는 한, 전이금속 화합물 이외의 화합물, 예를 들면 알칼리 금속 화합물을 함께 첨가해도 좋다. 본 발명의 도전성 카본은 축전 디바이스의 전극의 제조에 있어서, 활물질 입자와 혼합되어서 사용되기 때문에 활물질을 구성하는 원소의 화합물을 카본 원료에 첨가하면, 활물질에 대하여 불순물이 될 수 있는 원소의 혼입을 방지할 수 있기 때문에 바람직하다.(b1) Examples of the transition metal compound added to the carbon raw material in the step include inorganic metal salts such as halides, nitrates, sulfates and carbonates of transition metals, formates, acetates, oxalates, methoxides, ethoxides, and isopropoxides. organometallic salts, such as these, or mixtures thereof can be used. These compounds may be used independently and may mix and use 2 or more types. A compound containing other transition metals may be mixed and used in a predetermined amount. In addition, as long as the reaction is not adversely affected, a compound other than the transition metal compound, for example, an alkali metal compound, may be added together. Since the conductive carbon of this invention is mixed with active material particle and used in manufacture of the electrode of an electrical storage device, when the compound of the element which comprises an active material is added to a carbon raw material, mixing of the element which can become an impurity with respect to an active material is prevented It is preferable because it can be done.

(c1) 공정에서는 (b1) 공정에서 얻어진 혼합물을 분쇄하여 메카노케미컬 반응을 발생시킨다. 이 반응을 위한 분쇄기의 예로서는 라이카이기, 볼 밀, 비즈 밀, 로드 밀, 롤러 밀, 교반 밀, 유성 밀, 진동 밀, 하이브리다이저, 메카노케미컬 복합화 장치 및 제트 밀을 들 수 있다. 분쇄 시간은 사용하는 분쇄기나 처리되는 카본의 양 등에 의존하여 엄밀한 제한이 없지만, 일반적으로는 5분~3시간의 범위이다. (d1) 공정은 질소 분위기, 아르곤 분위기 등의 비산화 분위기 중에서 행하여진다. 가열 온도 및 가열 시간은 사용되는 전이금속 화합물에 따라 적당하게 선택된다. 계속되는 (e1) 공정에 있어서, 가열 후의 생성물로부터 전이금속 화합물 및/또는 그 반응 생성물을 산으로 용해하는 등의 수단에 의해 제거한 후, 충분히 세정하고 건조함으로써 본 발명의 도전성 카본을 얻을 수 있다.In step (c1), the mixture obtained in step (b1) is pulverized to generate a mechanochemical reaction. Examples of the pulverizer for this reaction include a Leica machine, a ball mill, a bead mill, a rod mill, a roller mill, a stirred mill, a planetary mill, a vibrating mill, a hybridizer, a mechanochemical compounding device, and a jet mill. The pulverization time is not strictly limited depending on the pulverizer used or the amount of carbon to be treated, but is generally in the range of 5 minutes to 3 hours. The step (d1) is performed in a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere. The heating temperature and heating time are appropriately selected depending on the transition metal compound used. The subsequent (e1) process WHEREIN: After removing by means, such as dissolving a transition metal compound and/or its reaction product with an acid, from the product after heating, the conductive carbon of this invention can be obtained by fully wash|cleaning and drying.

제 1 제조 방법에서는, (c1) 공정에 있어서 전이금속 화합물이 메카노케미컬 반응에 의해 카본 원료의 산화를 촉진하도록 작용하여 카본 원료의 산화가 신속하게 진행된다. 이 산화에 의해, 도전성 카본 전체의 10질량% 이상의 친수성 부분을 포함하는 도전성 카본이 얻어진다.In the first production method, in the step (c1), the transition metal compound acts to accelerate the oxidation of the carbon raw material by a mechanochemical reaction, and the oxidation of the carbon raw material proceeds rapidly. By this oxidation, the conductive carbon containing 10 mass % or more of hydrophilic parts of the whole conductive carbon is obtained.

본 발명의 도전성 카본은 또한,The conductive carbon of this invention further,

(a2) 공극을 갖는 카본 원료와 전이금속 화합물을 혼합하는 공정,(a2) a step of mixing a carbon raw material having voids and a transition metal compound;

(b2) 얻어진 혼합물을 산화 분위기 중에서 가열하는 공정, 및(b2) heating the obtained mixture in an oxidizing atmosphere, and

(c2) 가열 후의 생성물로부터, 상기 전이금속 화합물 및/또는 그 반응 생성물을 제거하는 공정(c2) a step of removing the transition metal compound and/or its reaction product from the product after heating

을 포함하는 제 2 제조 방법에 의해서도 바람직하게 얻을 수 있다.It can be preferably obtained also by the second manufacturing method comprising

제 2 제조 방법에서도 카본 원료로서 다공질 탄소 분말, 케첸 블랙, 공극을 갖는 퍼니스 블랙, 카본 나노파이버 및 카본 나노튜브와 같은 공극을 갖는 카본이 사용된다. 공극을 갖는 카본 원료로서, MP법에 의해 측정된 2㎚ 이하의 지름을 갖는 마이크로 구멍의 비표면적이 200㎡/g 이상인 카본을 사용하는 것이 바람직하고, 또한 평균 1차 입자 지름이 200㎚ 이하인 카본을 사용하는 것이 바람직하며, 또한 입자의 형상이 구형인 카본을 사용하는 것이 바람직하다. 이 범위의 카본 원료는 제 2 제조 방법에 의해 본 발명의 도전성 카본으로 변성시키기 쉽다. 그 중에서도, 특히 케첸 블랙이나 공극을 갖는 퍼니스 블랙 등의 구형상의 입자가 바람직하다. 중실의 카본을 원료로서 사용하여 제 2 제조 방법과 마찬가지의 처리를 행하여도, 본 발명의 도전성 카본을 얻는 것은 곤란하다.Also in the second production method, carbon having pores such as porous carbon powder, Ketjen black, furnace black having pores, carbon nanofibers and carbon nanotubes is used as the carbon raw material. As the carbon raw material having voids, it is preferable to use carbon having a specific surface area of micropores having a diameter of 2 nm or less measured by the MP method of 200 m 2 /g or more, and carbon having an average primary particle diameter of 200 nm or less. It is preferable to use, and it is also preferable to use carbon having a spherical particle shape. The carbon raw material of this range is easy to modify|denature into the conductive carbon of this invention with a 2nd manufacturing method. Among them, spherical particles such as Ketjen Black and voided furnace black are particularly preferable. Even if it performs the process similar to a 2nd manufacturing method using solid carbon as a raw material, it is difficult to obtain the conductive carbon of this invention.

(a2) 공정에 있어서 카본 원료에 첨가되는 전이금속 화합물로서는 전이금속의 할로겐화물, 질산염, 황산염, 탄산염 등의 무기 금속염, 포름산염, 아세트산염, 옥살산염, 메톡시드, 에톡시드, 이소프로폭시드 등의 유기 금속염, 또는 이것들의 혼합물을 사용할 수 있다. 이들 화합물은 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 좋다. 다른 금속을 포함하는 화합물을 소정량으로 혼합해서 사용해도 좋다. 또한, 반응에 악영향을 주지 않는 한 전이금속 화합물 이외의 화합물, 예를 들면 알칼리 금속 화합물을 함께 첨가해도 좋다. 이 도전성 카본은 축전 디바이스의 전극의 제조에 있어서 활물질 입자와 혼합되어서 사용되기 때문에, 활물질을 구성하는 원소의 화합물을 카본 원료에 첨가하면, 활물질에 대하여 불순물이 될 수 있는 원소의 혼입을 방지할 수 있기 때문에 바람직하다.As the transition metal compound added to the carbon raw material in the step (a2), inorganic metal salts such as halides, nitrates, sulfates and carbonates of transition metals, formates, acetates, oxalates, methoxides, ethoxides, and isopropoxides organometallic salts, such as these, or mixtures thereof can be used. These compounds may be used independently and may mix and use 2 or more types. You may mix and use the compound containing other metals in predetermined amounts. In addition, as long as the reaction is not adversely affected, a compound other than the transition metal compound, for example, an alkali metal compound, may be added together. Since this conductive carbon is mixed with the active material particles in the manufacture of the electrode of the electrical storage device, if a compound of an element constituting the active material is added to the carbon raw material, mixing of elements that may become impurities into the active material can be prevented. It is preferable because there is

(b2) 공정은 산소 함유 분위기, 예를 들면 공기 중에서 행하여지고, 카본이 부분적으로는 소실되지만 완전하게는 소실되지 않는 온도, 바람직하게는 200~350℃의 온도에서 행하여진다. 계속되는 (c2) 공정에 있어서, 가열 후의 생성물로부터 전이금속 화합물 및/또는 그 반응 생성물을 산으로 용해하는 등의 수단에 의해 제거한 후, 충분히 세정하고 건조함으로써 본 발명의 도전성 카본을 얻을 수 있다.The step (b2) is carried out in an oxygen-containing atmosphere, for example, air, at a temperature at which carbon is partially lost but not completely lost, preferably at a temperature of 200 to 350°C. The subsequent (c2) process WHEREIN: After removing by means, such as dissolving a transition metal compound and/or its reaction product with an acid, from the product after heating, the conductive carbon of this invention can be obtained by fully wash|cleaning and drying.

제 2 제조 방법에서는 전이금속 화합물이 산화 분위기 중에서의 가열 공정에 있어서 카본 원료를 산화하는 촉매로서 작용하여, 카본 원료의 산화가 신속하게 진행된다. 이 산화에 의해, 도전성 카본 전체의 10질량% 이상의 친수성 부분을 포함하는 도전성 카본이 얻어진다.In the second production method, the transition metal compound acts as a catalyst for oxidizing the carbon raw material in the heating step in an oxidizing atmosphere, so that the carbon raw material is oxidized rapidly. By this oxidation, the conductive carbon containing 10 mass % or more of hydrophilic parts of the whole conductive carbon is obtained.

본 발명의 도전성 카본은 카본 원료에 강한 산화 처리를 실시함으로써 얻어지고, 제 1 제조 방법, 제 2 제조 방법 이외의 방법으로 카본 원료의 산화를 촉진하는 것도 가능하다.The conductive carbon of this invention is obtained by giving strong oxidation treatment to a carbon raw material, It is also possible to accelerate|stimulate oxidation of a carbon raw material by methods other than a 1st manufacturing method and a 2nd manufacturing method.

본 발명의 도전성 카본은 축전 디바이스의 전해질 중의 이온과의 전자의 수수를 수반하는 패러데이 반응, 또는 전자의 수수를 수반하지 않는 비패러데이 반응에 의해 용량을 발현하는 전극 활물질의 입자와 혼합된 형태로 2차 전지, 전기 이중층 커패시터, 레독스 커패시터 및 하이브리드 커패시터 등의 축전 디바이스의 전극을 위해서 사용된다. 축전 디바이스는 한쌍의 전극(정극, 부극)과 이것들 사이에 배치된 전해질을 필수 요소로서 포함하지만, 정극 및 부극 중 적어도 한쪽이 본 발명의 도전성 카본과 전극 활물질 입자를 포함하는 전극 재료를 이용하여 제조된다.The conductive carbon of this invention is mixed with the particle|grains of the electrode active material which expresses capacity by the Faraday reaction accompanying electron transfer with the ion in the electrolyte of an electrical storage device, or the non-Faraday reaction accompanying electron transfer 2 It is used for the electrode of electrical storage devices, such as a secondary battery, an electric double layer capacitor, a redox capacitor, and a hybrid capacitor. A power storage device contains a pair of electrodes (positive electrode, negative electrode) and an electrolyte disposed therebetween as essential elements. do.

축전 디바이스에 있어서 정극과 부극 사이에 배치되는 전해질은 세퍼레이터에 유지된 전해액이라도 좋고, 고체 전해질이라도 좋고, 겔상 전해질이라도 좋으며, 종래의 축전 디바이스에 있어서 사용되고 있는 전해질을 특별하게 한정없이 사용할 수 있다. 이하에, 대표적인 전해질을 예시한다. 리튬 이온 2차 전지를 위해서는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트 등의 용매에 LiPF6, LiBF4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2 등의 리튬염을 용해시킨 전해액이 폴리올레핀 섬유 부직포, 유리 섬유 부직포 등의 세퍼레이터에 유지된 상태에서 사용된다. 이 외에, Li5La3Nb2O12, Li1 . 5Al0 . 5Ti1 .5(PO4)3, Li7La3Zr2O12, Li7P3S11 등의 무기 고체 전해질, 리튬염과 폴리에틸렌옥사이드, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트 등의 고분자 화합물의 복합체로 이루어지는 유기 고체 전해질, 전해액을 폴리불화비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴 등에 흡수시킨 겔상 전해질도 사용된다. 전기 이중층 커패시터 및 레독스 커패시터를 위해서는 (C2H5)4NBF4 등의 제 4급 암모늄염을 아크릴로니트릴, 프로필렌카보네이트 등의 용매에 용해시킨 전해액이 사용된다. 하이브리드 커패시터를 위해서는 리튬염을 프로필렌카보네이트 등에 용해시킨 전해액이나, 제 4급 암모늄염을 프로필렌카보네이트 등에 용해시킨 전해액이 사용된다.The electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode in the electrical storage device may be an electrolyte held in a separator, a solid electrolyte, or a gel electrolyte, and an electrolyte used in a conventional electrical storage device can be used without particular limitation. Hereinafter, representative electrolytes are exemplified. For lithium ion secondary batteries, an electrolyte solution in which lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN(CF 3 SO2) 2 are dissolved in a solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, etc. It is used in the state hold|maintained by separators, such as a polyolefin fiber nonwoven fabric and a glass fiber nonwoven fabric. In addition, Li 5 La 3 Nb 2 O 12 , Li 1 . 5 Al 0 . 5 Ti 1.5 (PO 4 ) 3 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , Li 7 P 3 S 11 and other inorganic solid electrolytes, lithium salts and polymer compounds such as polyethylene oxide, polymethacrylate, and polyacrylate An organic solid electrolyte composed of a composite of For the electric double layer capacitor and the redox capacitor, an electrolyte solution obtained by dissolving a quaternary ammonium salt such as (C 2 H 5 ) 4 NBF 4 in a solvent such as acrylonitrile or propylene carbonate is used. For the hybrid capacitor, an electrolyte in which lithium salt is dissolved in propylene carbonate or the like, or an electrolyte in which quaternary ammonium salt is dissolved in propylene carbonate or the like is used.

축전 디바이스의 정극 또는 부극은 일반적으로는 본 발명의 도전성 카본과 전극 활물질 입자를 포함하는 전극 재료를 필요에 따라서 바인더를 용해한 용매와 함께 충분하게 혼련하고, 얻어진 혼련물을 축전 디바이스의 정극 또는 부극을 구성하기 위한 집전체 상에 도포함으로써 활물질층을 형성하며, 필요에 따라서 이 활물질층을 건조한 후, 활물질층에 압연 처리를 실시함으로써 제조된다. 정극과 부극 사이의 전해질로서 고체 전해질 또는 겔상 전해질이 사용되는 경우에는, 본 발명의 도전성 카본과 전극 활물질 입자를 포함하는 전극 재료에 활물질층에 있어서의 이온 전도 패스를 확보할 목적으로 고체 전해질을 첨가하고, 이것들을 필요에 따라서 바인더를 용해한 용매와 함께 충분하게 혼련하여 얻어진 혼련물을 이용하여 활물질층을 형성한다.The positive electrode or negative electrode of the electrical storage device is generally sufficiently kneaded with the solvent in which the binder is dissolved, as needed, the electrode material containing the conductive carbon of the present invention and the electrode active material particles. An active material layer is formed by apply|coating on the electrical power collector for comprised, and after drying this active material layer as needed, it manufactures by giving a rolling process to an active material layer. When a solid electrolyte or a gel electrolyte is used as an electrolyte between a positive electrode and a negative electrode, a solid electrolyte is added to the electrode material containing the conductive carbon of this invention and electrode active material particle for the purpose of ensuring the ion conduction path in an active material layer. Then, the active material layer is formed using the kneaded product obtained by sufficiently kneading these together with the solvent in which the binder is dissolved as needed.

본 발명의 도전성 카본과 전극 활물질 입자를 혼합함으로써 전극 재료를 제조하는 과정에 있어서, 도전성 카본이 활물질 입자의 표면에 부착되어서 표면을 덮기 때문에 활물질 입자의 응집을 억제할 수 있다. 전극 재료 제조시에 도전성 카본에 끼쳐지는 압력이 크면, 도전성 카본의 적어도 일부가 풀 형상으로 퍼져서 활물질 입자의 표면이 부분적으로 덮여진다. 또한, 활물질층의 압연 처리의 과정에서 인가되는 압력에 의해 본 발명의 도전성 카본의 대부분 또는 전부가 풀 형상으로 퍼져서 활물질 입자의 표면을 덮으면서 치밀화하여 활물질 입자가 서로 접근하며, 이것에 따라 본 발명의 도전성 카본이 활물질 입자의 표면을 덮으면서 인접하는 활물질 입자 사이에 형성되는 간극부뿐만 아니라 활물질 입자의 표면에 존재하는 구멍의 내부에도 압출되어 치밀하게 충전된다. 그 때문에, 전극에 있어서의 단위체적당의 활물질량이 증가하고, 전극 밀도가 증가한다. 또한, 치밀하게 충전된 풀 형상의 도전성 카본은 도전제로서 기능하기에 충분한 도전성을 가짐과 아울러, 축전 디바이스 중의 전해액의 함침을 억제하지 않는다. 그 결과, 축전 디바이스의 에너지 밀도의 향상이 초래된다.In the process of manufacturing an electrode material by mixing the conductive carbon of this invention and electrode active material particle, since conductive carbon adheres to the surface of an active material particle and covers the surface, aggregation of an active material particle can be suppressed. When the pressure applied to conductive carbon at the time of electrode material manufacture is large, at least one part of conductive carbon will spread in the form of grass, and the surface of an active material particle will be covered partially. In addition, most or all of the conductive carbon of the present invention spreads in a pasty shape by the pressure applied in the course of the rolling treatment of the active material layer, and densifies while covering the surface of the active material particles, so that the active material particles approach each other, according to the present invention of the conductive carbon is densely filled by extruding not only the gap formed between the adjacent active material particles while covering the surface of the active material particle but also the inside of the hole existing on the surface of the active material particle. Therefore, the amount of active material per unit volume in an electrode increases, and an electrode density increases. Moreover, while having sufficient electroconductivity to function as a electrically conductive agent, the paste-shaped conductive carbon with which it filled densely does not suppress the impregnation of the electrolyte solution in an electrical storage device. As a result, the improvement of the energy density of an electrical storage device is brought about.

전극 재료의 제조에 있어서 본 발명의 도전성 카본과 혼합되는 정극 활물질 및 부극 활물질로서는, 종래의 축전 디바이스에 있어서 사용되고 있는 전극 활물질을 특별하게 한정없이 사용할 수 있다. 활물질은 단독의 화합물이라도 좋고, 2종 이상의 화합물의 혼합물이라도 좋다.As a positive electrode active material and negative electrode active material mixed with the conductive carbon of this invention in manufacture of an electrode material, the electrode active material currently used in the conventional electrical storage device can be used without limitation in particular. A single compound may be sufficient as an active material, and the mixture of 2 or more types of compounds may be sufficient as it.

2차 전지의 정극 활물질의 예로서는, 우선 층상 암염형 LiMO2, 층상 Li2MnO3-LiMO2 고용체, 및 스피넬형 LiM2O4(식 중의 M은 Mn, Fe, Co, Ni 또는 이것들의 조합을 의미함)를 들 수 있다. 이것들의 구체적인 예로서는 LiCoO2, LiNiO2, LiNi4/5Co1/5O2, LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2, LiNi1 / 2Mn1 / 2O2, LiFeO2, LiMnO2, Li2MnO3-LiCoO2, Li2MnO3-LiNiO2, Li2MnO3-LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li2MnO3-LiNi1 / 2Mn1 / 2O2, Li2MnO3-LiNi1 / 2Mn1 / 2O2-LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiMn2O4, LiMn3 / 2Ni1 / 2O4를 들 수 있다. 또한, 유황 및 Li2S, TiS2, MoS2, FeS2, VS2, Cr1 /2V1/ 2S2 등의 황화물, NbSe3, VSe2, NbSe3 등의 셀렌화물, Cr2O5, Cr3O8, VO2, V3O8, V2O5, V6O13 등의 산화물 외에, LiNi0 . 8Co0 . 15Al0 . 05O2, LiVOPO4, LiV3O5, LiV3O8, MoV2O8, Li2FeSiO4, Li2MnSiO4, LiFePO4, LiFe1 / 2Mn1 / 2PO4, LiMnPO4, Li3V2(PO4)3 등의 복합 산화물을 들 수 있다.As an example of the positive electrode active material of the secondary battery, first, layered rock salt type LiMO 2 , layered Li 2 MnO 3 -LiMO 2 solid solution, and spinel type LiM 2 O 4 (wherein M is Mn, Fe, Co, Ni or a combination thereof) meaning) can be included. Specific examples thereof include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 4/5 Co 1/5 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 , LiFeO 2 , LiMnO 2 , Li 2 MnO 3 -LiCoO 2 , Li 2 MnO 3 -LiNiO 2 , Li 2 MnO 3 -LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li 2 MnO 3 -LiNi 1/2 Mn 1 / 2 O 2 , Li 2 MnO 3 -LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 -LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMn 2 O 4 , LiMn 3/2 Ni 1/2 O 4 can be mentioned. In addition, sulfur and sulfides such as Li 2 S, TiS 2 , MoS 2 , FeS 2 , VS 2 , Cr 1/2 V 1/2 S 2 , selenides such as NbSe 3 , VSe 2 , NbSe 3 , Cr 2 O 5 , Cr 3 O 8 , VO 2 , V 3 O 8 , V 2 O 5 , V 6 O 13 In addition to oxides, LiNi 0 . 8 Co 0 . 15 Al 0 . 05 O 2 , LiVOPO 4 , LiV 3 O 5 , LiV 3 O 8 , MoV 2 O 8 , Li 2 FeSiO 4 , Li 2 MnSiO 4 , LiFePO 4 , LiFe 1/2 Mn 1/2 PO 4 , LiMnPO 4 , Li and complex oxides such as 3 V 2 (PO 4 ) 3 .

2차 전지의 부극 활물질의 예로서는, Fe2O3, MnO, MnO2, Mn2O3, Mn3O4, CoO, Co3O4, NiO, Ni2O3, TiO, TiO2, SnO, SnO2, SiO2, RuO2, WO, WO2, ZnO 등의 산화물, Sn, Si, Al, Zn 등의 금속, LiVO2, Li3VO4, Li4Ti5O12 등의 복합 산화물, Li2 . 6Co0 .4N, Ge3N4, Zn3N2, Cu3N 등의 질화물을 들 수 있다.Examples of the negative electrode active material of the secondary battery include Fe 2 O 3 , MnO, MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , CoO, Co 3 O 4 , NiO, Ni 2 O 3 , TiO, TiO 2 , SnO, Oxides such as SnO 2 , SiO 2 , RuO 2 , WO, WO 2 , ZnO, metals such as Sn, Si, Al, Zn, composite oxides such as LiVO 2 , Li 3 VO 4 , Li 4 Ti 5 O 12 , Li 2 . and nitrides such as 6 Co 0.4 N, Ge 3 N 4 , Zn 3 N 2 , and Cu 3 N .

전기 이중층 커패시터의 분극성 전극에 있어서의 활물질로서는 비표면적이 큰 활성탄, 카본 나노파이버, 카본 나노튜브, 페놀 수지 탄화물, 폴리염화비닐리덴 탄화물, 미결정 탄소 등의 탄소 재료가 예시된다. 하이브리드 커패시터에서는 2차 전지를 위해서 예시한 정극 활물질을 정극을 위해서 사용할 수 있고, 이 경우에는 부극이 활성탄 등을 사용한 분극성 전극에 의해 구성된다. 또한, 2차 전지를 위해서 예시한 부극 활물질을 부극을 위해서 사용할 수 있고, 이 경우에는 정극이 활성탄 등을 사용한 분극성 전극에 의해 구성된다. 레독스 커패시터의 정극 활물질로서는 RuO2, MnO2, NiO 등의 금속 산화물을 예시할 수 있고, 부극은 RuO2 등의 활물질과 활성탄 등의 분극성 재료에 의해 구성된다.Examples of the active material in the polarizable electrode of the electric double layer capacitor include carbon materials having a large specific surface area, such as activated carbon, carbon nanofibers, carbon nanotubes, phenol resin carbide, polyvinylidene chloride carbide, and microcrystalline carbon. In the hybrid capacitor, the positive electrode active material exemplified for the secondary battery can be used for the positive electrode, and in this case, the negative electrode is constituted by a polarizable electrode using activated carbon or the like. In addition, the negative electrode active material exemplified for the secondary battery can be used for the negative electrode, and in this case, the positive electrode is constituted by a polarizable electrode using activated carbon or the like. Metal oxides, such as RuO2, MnO2, NiO, can be illustrated as a positive electrode active material of a redox capacitor, and a negative electrode is comprised by active material, such as RuO2 , and polarizable material, such as activated carbon.

활물질 입자의 형상이나 입경에는 한정이 없지만, 활물질 입자의 평균 입경이 0.01~2㎛인 것이 바람직하다. 0.01~2㎛의 평균 입경을 갖는 활물질 입자는 응집되기 쉽지만, 본 발명의 도전성 카본과 혼합함으로써 전극 재료를 얻는 과정에서 도전성 카본이 활물질 입자의 표면에 부착되어서 표면을 덮기 때문에 활물질 입자의 평균 입경이 작아도 활물질 입자의 응집을 억제할 수 있고, 활물질 입자와 도전성 카본의 혼합 상태를 균일화시킬 수 있다. 또한, 활물질 입자의 평균 입경이 2㎛보다 크고 25㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 비교적 큰 입경을 갖는 활물질 입자는 그것 자체로 전극 밀도를 향상시키고, 또한 전극 재료 제조에 있어서의 혼합의 과정에서 그 압박력에 의해 도전성 카본의 풀 형상화를 촉진시킨다. 또한, 전극 제조에 있어서 집전체 상의 활물질층에 압력을 인가하는 과정에서 이와 같은 비교적 큰 입경을 갖는 활물질 입자가, 적어도 일부가 풀 형상화된 도전성 카본을 더욱 압박하여 도전성 카본을 풀 형상으로 더 퍼지게 하여 치밀화시킨다. 그 결과, 전극 밀도가 더욱 증가하고, 축전 디바이스의 에너지 밀도가 더욱 향상된다.Although there is no limitation in the shape or particle diameter of an active material particle, It is preferable that the average particle diameter of an active material particle is 0.01-2 micrometers. Active material particles having an average particle diameter of 0.01 to 2 μm are easy to aggregate, but in the process of obtaining an electrode material by mixing with the conductive carbon of the present invention, the conductive carbon adheres to the surface of the active material particles and covers the surface, so the average particle diameter of the active material particles is Even if it is small, aggregation of an active material particle can be suppressed and the mixed state of an active material particle and conductive carbon can be made uniform. In addition, it is preferable that the average particle diameter of the active material particles is greater than 2 μm and not more than 25 μm. The active material particle which has such a comparatively large particle diameter improves an electrode density by itself, and also accelerates|stimulates the paste-forming of conductive carbon by the pressing force in the process of mixing in electrode material manufacture. In addition, in the process of applying pressure to the active material layer on the current collector in electrode manufacturing, the active material particles having such a relatively large particle size further press the conductive carbon in which at least a part is formed in a grass shape to further spread the conductive carbon in a grass shape. densify. As a result, the electrode density further increases, and the energy density of the power storage device is further improved.

또한, 활물질 입자가 0.01~2㎛의 평균 입경을 갖는 미소 입자와, 상기 미소 입자와 같은 극의 활물질로서 동작 가능한 2㎛보다 크고 25㎛ 이하의 평균 입경을 갖는 조대 입자로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 전극 재료의 제조 과정에서 본 발명의 도전성 카본이 미소 입자의 표면뿐만 아니라 조대 입자의 표면에도 부착되어서 표면을 덮기 때문에, 활물질 입자의 응집을 억제할 수 있고 활물질 입자와 도전성 카본의 혼합 상태를 균일화시킬 수 있다. 또한, 조대 입자는 상술한 바와 같이 본 발명의 도전성 카본의 풀 형상화 및 치밀화를 촉진시켜 전극 밀도를 증가시켜서, 축전 디바이스의 에너지 밀도를 향상시킨다. 또한, 전극 제조에 있어서의 압연 처리에 의해 집전체 상에 형성된 활물질층에 인가되는 압력에 의해 미소 입자가 본 발명의 도전성 카본을 압박하면서, 풀 형상으로 퍼진 도전성 카본과 함께 인접하는 조대 입자 사이에 형성되는 간극부에 압출시켜서 충전되기 때문에 전극 밀도가 더욱 증가하고, 축전 디바이스의 에너지 밀도가 더욱 향상된다.In addition, it is preferable that the active material particles are composed of fine particles having an average particle diameter of 0.01 to 2 μm, and coarse particles having an average particle diameter of 25 μm or larger than 2 μm that can operate as the same polar active material as the micro particles. . In the process of manufacturing the electrode material, since the conductive carbon of the present invention adheres to and covers the surface of coarse particles as well as the surface of fine particles, aggregation of active material particles can be suppressed and the mixed state of active material particles and conductive carbon can be uniformed. can Moreover, as mentioned above, a coarse particle accelerates|stimulates the paste-formation and densification of the conductive carbon of this invention, makes an electrode density increase, and improves the energy density of an electrical storage device. In addition, between the coarse particles adjacent to the conductive carbon spread in a pasty shape, while the fine particles press the conductive carbon of the present invention by the pressure applied to the active material layer formed on the current collector by the rolling process in electrode manufacture. Since the formed gap portion is extruded and filled, the electrode density further increases and the energy density of the electrical storage device is further improved.

또한, 본 발명의 도전성 카본은 종래의 축전 디바이스의 전극을 위해서 사용되고 있는 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙, 퍼니스 블랙, 채널 블랙 등의 카본 블랙, 풀러렌, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버, 그래핀, 무정형 탄소, 탄소 섬유, 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연화 케첸 블랙, 메조포러스 탄소, 기상법 탄소 섬유 등의, 본 발명의 도전성 카본과는 다른 도전성 카본과 병용되어도 좋다. 특히, 본 발명의 도전성 카본의 도전율보다 높은 도전율을 갖는 카본과 병용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 도전성 카본이 활물질 입자의 표면뿐만 아니라 병용되는 도전성 카본의 표면에도 부착되어서 표면을 덮기 때문에, 병용되는 도전성 카본의 응집을 억제할 수 있다. 또한, 전극 제조에 있어서의 압연 처리에 의해 집전체 상에 형성된 활물질층에 인가되는 압력에 의해, 병용되는 도전성 카본이 풀 형상으로 퍼진 본 발명의 도전성 카본과 함께 인접하는 입자에 의해 형성되는 간극부에 치밀하게 충전되어 전극 전체의 도전성이 향상되기 때문에, 축전 디바이스의 에너지 밀도가 더욱 향상된다.Moreover, the conductive carbon of this invention is carbon black, such as Ketjen black, acetylene black, furnace black, and channel black, fullerene, carbon nanotube, carbon nanofiber, graphene, amorphous carbon used for the electrode of the conventional electrical storage device, You may use together with conductive carbon other than the conductive carbon of this invention, such as carbon fiber, natural graphite, artificial graphite, graphitization Ketjen black, mesoporous carbon, and a vapor-process carbon fiber. In particular, it is preferable to use together with carbon which has electrical conductivity higher than the electrical conductivity of the conductive carbon of this invention. Since the conductive carbon of this invention adheres not only to the surface of an active material particle but also to the surface of the conductive carbon used together, and covers the surface, aggregation of the conductive carbon used together can be suppressed. Moreover, by the pressure applied to the active material layer formed on the electrical power collector by the rolling process in electrode manufacture, the conductive carbon used together is a gap part formed by the particle|grains adjacent with the conductive carbon of this invention which spread in the form of grass. Since it is densely charged to the electrode and the conductivity of the entire electrode is improved, the energy density of the power storage device is further improved.

이들 활물질 입자, 본 발명의 도전성 카본 및 필요에 따라서 병용되는 다른 도전성 카본의 혼합 방법에는 특별하게 한정이 없고 공지의 혼합 방법을 사용할 수 있지만, 건식 혼합에 의해 혼합하는 것이 바람직하고, 건식 혼합을 위해서 라이카이기, 볼 밀, 비즈 밀, 로드 밀, 롤러 밀, 교반 밀, 유성 밀, 진동 밀, 하이브리다이저, 메카노케미컬 복합화 장치 및 제트 밀을 사용할 수 있다. 특히, 활물질 입자와 본 발명의 도전성 카본에 메카노케미컬 처리를 실시하면, 본 발명의 도전성 카본에 의한 활물질 입자의 피복성 및 피복의 균일성이 향상되기 때문에 바람직하다. 활물질 입자와, 본 발명의 도전성 카본 또는 본 발명의 도전성 카본과 필요에 따라서 병용되는 별도의 도전성 카본의 합계의 비율은, 높은 에너지 밀도를 갖는 축전 디바이스를 얻기 위해서 질량비로 90:10~99.5:0.5의 범위인 것이 바람직하고, 95:5~99:1의 범위인 것이 보다 바람직하다. 도전성 카본의 비율이 상술의 범위보다 적으면 활물질층의 도전성이 부족하고, 또한 도전성 카본에 의한 활물질 입자의 피복률이 저하되는 경향이 있다. 또한, 도전성 카본의 비율이 상술의 범위보다 많으면 전극 밀도가 저하되고, 축전 디바이스의 에너지 밀도가 저하되는 경향이 있다.There is no limitation in particular in the mixing method of these active material particles, the conductive carbon of this invention, and the other conductive carbon used together as needed, Although a well-known mixing method can be used, It is preferable to mix by dry mixing, and for dry mixing A Leica machine, a ball mill, a bead mill, a rod mill, a roller mill, a stirring mill, a planetary mill, a vibrating mill, a hybridizer, a mechanochemical compounding apparatus and a jet mill can be used. In particular, when a mechanochemical process is performed to active material particle and the conductive carbon of this invention, since the coating property of the active material particle by the conductive carbon of this invention and the uniformity of coating|cover will improve, it is preferable. In order that the active material particle and the conductive carbon of this invention or the conductive carbon of this invention, and the sum total of another conductive carbon used together as needed may obtain the electrical storage device which has a high energy density, it is 90:10-99.5:0.5 by mass ratio It is preferable that it is the range of, and it is more preferable that it is the range of 95:5 - 99:1. When the ratio of conductive carbon is less than the above-mentioned range, the electroconductivity of an active material layer runs short, and there exists a tendency for the coverage of the active material particle by conductive carbon to fall. Moreover, when there are more ratios of conductive carbon than the above-mentioned range, an electrode density will fall and there exists a tendency for the energy density of an electrical storage device to fall.

축전 디바이스의 전극을 위한 집전체로서는 백금, 금, 니켈, 알루미늄, 티탄, 스틸, 카본 등의 도전 재료를 사용할 수 있다. 집전체의 형상은 막상, 박상, 판상, 망상, 익스팬디드메탈상, 원통상 등의 임의의 형상을 채용할 수 있다.As an electrical power collector for the electrode of an electrical storage device, electrically-conductive materials, such as platinum, gold|metal|money, nickel, aluminum, titanium, steel, and carbon, can be used. As the shape of the current collector, any shape such as a film shape, a foil shape, a plate shape, a network shape, an expanded metal shape, and a cylindrical shape can be adopted.

전극 재료와 혼합되는 바인더로서는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리불화비닐, 카복시메틸셀룰로오스 등의 공지의 바인더가 사용된다. 바인더의 함유량은 혼합 재료의 총량에 대하여 1~30질량%인 것이 바람직하다. 1질량% 이하이면 활물질층의 강도가 충분하지 않고, 30질량% 이상이면 전극의 방전 용량이 저하하는, 내부 저항이 과대해지는 등의 문제가 발생한다. 전극 재료와 혼합되는 용매로서는, N-메틸피롤리돈 등의 전극 재료에 악영향을 끼치지 않는 용매를 특별하게 한정 없이 사용할 수 있다.As the binder mixed with the electrode material, known binders such as polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl fluoride, and carboxymethyl cellulose are used. It is preferable that content of a binder is 1-30 mass % with respect to the total amount of mixed material. When it is 1 mass % or less, the intensity|strength of an active material layer is not enough, and when it is 30 mass % or more, problems, such as the discharge capacity of an electrode falling and internal resistance becoming excessive, arise. As the solvent to be mixed with the electrode material, a solvent that does not adversely affect the electrode material, such as N-methylpyrrolidone, can be used without particular limitation.

본 발명의 도전성 카본을 포함하는 활물질층을 갖는 전극에 있어서 질소 가스 흡착법에 의해 활물질층의 세공 분포를 측정하면, 활물질층이 직경 5~40㎚의 세공을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 이 미소한 세공은 치밀화한 풀 형상의 도전성 카본에 있어서의 세공이라고 생각되지만, 축전 디바이스 중의 전해액이 풀 형상의 도전성 카본을 통과해서 활물질 입자에 이르기에는 충분한 크기이다. 따라서, 활물질층에 있어서의 풀 형상의 도전성 카본은 축전 디바이스 중의 전해액의 함침을 억제하지 않는다. 또한, 치밀화한 풀 형상의 도전성 카본은 50㎚ 이하의 폭의, 인접하는 전극 활물질 입자 사이에 형성된 간극부 및/또는 전극 활물질 입자의 표면에 존재하는 구멍의 내부에도 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 그 때문에, 활물질층 전체의 도전성이 향상되고, 전극 밀도가 향상된다. 종래의 축전 디바이스의 전극에 있어서 도전제로서 사용되고 있는 카본 블랙, 천연 흑연, 카본 나노튜브 등의 도전성 카본은 이와 같은 좁은 폭의 간극부 또는 구멍의 내부에는 거의 침입할 수 없다. 또한, 「전극 활물질 입자 사이에 형성된 간극부의 폭」이란 인접하는 활물질 입자간의 거리 중 최단 거리를 의미하고, 「전극 활물질 입자의 표면에 존재하는 구멍의 폭」이란 구멍의 개구부의 대향하는 점 사이의 거리 중 최단의 거리를 의미한다.In the electrode which has the active material layer containing the conductive carbon of this invention, when the pore distribution of an active material layer is measured by the nitrogen gas adsorption method, it turns out that an active material layer has a 5-40 nm diameter pore. Although it is thought that this micropore is a pore in the densified grass-like conductive carbon, it is a magnitude|size sufficient for the electrolyte solution in an electrical storage device to pass through grass-like conductive carbon to reach an active material particle. Therefore, the grass-like conductive carbon in an active material layer does not suppress the impregnation of the electrolyte solution in an electrical storage device. Moreover, it turns out that the densified grass-like conductive carbon exists also inside the hole which exists in the gap part formed between the width|variety of 50 nm or less, adjacent electrode active material particle, and/or the surface of electrode active material particle. Therefore, the electroconductivity of the whole active material layer improves, and an electrode density improves. Conductive carbon, such as carbon black, natural graphite, and carbon nanotube, which is used as a conductive agent in the electrode of the conventional electrical storage device, hardly penetrates into the inside of such narrow gap|interval or a hole. In addition, the "width of the gap formed between the electrode active material particles" means the shortest distance among the distances between adjacent active material particles, and "the width of the hole existing on the surface of the electrode active material particle" means the gap between the opposing points of the opening of the hole. It means the shortest distance among the distances.

본 발명의 도전성 카본을 포함하는 활물질층을 갖는 전극에서는 활물질층 중의 활물질 입자 표면의 대부분 또는 전부가, 활물질 입자의 표면에 존재하는 구멍의 내부에 이르기까지 치밀하고 풀 형상으로 퍼진 본 발명의 도전성 카본에 의해 피복되어 있어, 활물질 입자의 표면(외표면)의 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 특히 바람직하게는 95% 이상이 치밀화한 풀 형상의 도전성 카본과 접촉하고 있다. 그 때문이라고 생각되지만, 이 전극을 이용하여 축전 디바이스를 구성하면, 축전 디바이스 중의 전해액에 대한 활물질의 용해가 대폭 억제된다. 종래의 아세틸렌 블랙 등의 도전제와 활물질 입자로 전극을 구성했을 경우와 비교해서, 활물질의 용해량이 약 40% 이상이나 감소된다. 그리고, 활물질의 용해가 대폭 억제되는 것에 기인하여 축전 디바이스의 사이클 특성이 대폭 향상된다. 또한, 풀 형상의 도전성 카본에 의한 활물질 입자 표면의 피복률은 활물질층의 단면을 25000배의 배율로 촬영한 SEM 사진으로부터 산출한 값이다.In the electrode which has an active material layer containing the conductive carbon of this invention, most or all of the active material particle surfaces in an active material layer are dense, and the conductive carbon of this invention spread to the inside of the hole which exists in the surface of an active material particle in a paste shape. 80% or more of the surface (outer surface) of the active material particles, preferably 90% or more, particularly preferably 95% or more, is in contact with the densified pasty conductive carbon. Although it is thought that this is for this reason, when an electrical storage device is comprised using this electrode, the melt|dissolution of the active material with respect to the electrolyte solution in an electrical storage device is suppressed significantly. Compared with the case where the electrode is composed of active material particles and a conductive agent such as acetylene black in the related art, the dissolved amount of the active material is reduced by about 40% or more. And it originates in the dissolution of an active material being suppressed significantly, and cycling characteristics of an electrical storage device improve significantly. In addition, the coverage of the active material particle surface by grass-shaped conductive carbon is the value computed from the SEM photograph which image|photographed the cross section of the active material layer at 25000 times magnification.

실시예Example

본 발명을 이하의 실시예를 사용하여 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.The present invention will be described using the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(1) 제 1 제조 방법, 친수성 부분의 함유량 및 전극 밀도의 평가(1) Evaluation of 1st manufacturing method, content of hydrophilic part, and electrode density

실시예 1Example 1

60% 질산 300mL에 케첸 블랙(상품명 EC300J, 케첸 블랙 인터내셔널사제, 평균 1차 입자 지름; 40㎚, 질소 흡착을 이용한 MP법의 측정 결과로부터 얻어진 2㎚ 이하의 직경을 갖는 마이크로 구멍의 비표면적; 430㎡g-1) 10g을 첨가하고, 얻어진 액에 초음파를 10분간 조사한 후 여과하여 케첸 블랙을 회수했다. 회수한 케첸 블랙을 3회 수세하고 건조함으로써, 산 처리 케첸 블랙을 얻었다. 이 산 처리 케첸 블랙 0.5g과, Fe(CH3COO)2 1.98g과, Li(CH3COO) 0.77g과, C6H8O7·H2O 1.10g과, CH3COOH 1.32g과, H3PO4 1.31g과, 증류수 120mL를 혼합하여 얻어진 혼합액을 스터러로 1시간 교반한 후, 공기 중 100℃에서 증발 건고시켜서 혼합물을 채집했다. 이어서, 얻어진 혼합물을 진동 볼 밀 장치에 도입하고, 20hz로 10분간의 분쇄를 행하였다. 분쇄 후의 분체를 질소 중 700℃에서 3분간 가열하여, 케첸 블랙에 LiFePO4가 담지된 복합체를 얻었다.Ketjen Black (trade name EC300J, manufactured by Ketjen Black International, Inc., average primary particle diameter; 40 nm, specific surface area of micropores having a diameter of 2 nm or less obtained from the measurement result of the MP method using nitrogen adsorption; 430 in 300 mL of 60% nitric acid; m 2 g -1 ) 10 g was added, and the obtained solution was irradiated with ultrasonic waves for 10 minutes, and then filtered to recover Ketjen Black. The recovered Ketjen Black was washed with water 3 times and dried to obtain acid-treated Ketjen Black. 0.5 g of acid-treated Ketjen Black, 1.98 g of Fe(CH 3 COO) 2 , 0.77 g of Li(CH 3 COO), 1.10 g of C 6 H 8 O 7 .H 2 O, 1.32 g of CH 3 COOH, and , H 3 PO 4 1.31 g and 120 mL of distilled water were mixed, and the resulting mixture was stirred with a stirrer for 1 hour, and then evaporated to dryness at 100° C. in the air to collect the mixture. Next, the obtained mixture was introduced into a vibrating ball mill apparatus, and pulverization was performed at 20 hz for 10 minutes. The pulverized powder was heated at 700° C. in nitrogen for 3 minutes to obtain a composite in which LiFePO 4 was supported on Ketjen Black.

농도 30%의 염산 수용액 100mL에 얻어진 복합체 1g을 첨가하고, 얻어진 액에 초음파를 15분간 조사시키면서 복합체 중의 LiFePO4를 용해시켜서 남은 고체를 여과하여 수세하고, 건조시켰다. 건조 후의 고체의 일부를 TG 분석에 의해 공기 중 900℃까지 가열하고, 중량 손실을 측정했다. 중량 손실이 100%, 즉 LiFePO4가 잔류하고 있지 않은 것을 확인할 수 있을 때까지 상술의 염산 수용액에 의한 LiFePO4의 용해, 여과, 수세 및 건조의 공정을 반복하여, LiFePO4 프리의 도전성 카본을 얻었다.1 g of the obtained composite was added to 100 mL of an aqueous hydrochloric acid solution having a concentration of 30%, and the obtained solution was irradiated with ultrasonic waves for 15 minutes to dissolve LiFePO 4 in the composite, and the remaining solid was filtered, washed with water, and dried. A part of the dried solid was heated to 900°C in air by TG analysis, and the weight loss was measured. The process of dissolving LiFePO 4 with an aqueous hydrochloric acid solution, filtration, washing with water and drying is repeated until it can be confirmed that the weight loss is 100%, that is, LiFePO 4 does not remain, to obtain LiFePO 4 free conductive carbon .

이어서, 얻어진 도전성 카본의 0.1g을 pH11의 암모니아 수용액 20ml에 첨가하고, 1분간의 초음파 조사를 행하였다. 얻어진 액을 5시간 방치해서 고상 부분을 침전시켰다. 고상 부분의 침전 후, 상청액을 제거한 잔여 부분을 건조해서 건조 후의 고체의 중량을 측정했다. 건조 후의 고체의 중량을 최초의 도전성 카본의 중량 0.1g으로부터 뺀 중량의 최초의 도전성 카본의 중량 0.1g에 대한 중량비를, 도전성 카본에 있어서의 「친수성 부분」의 함유량으로 했다.Then, 0.1 g of the obtained conductive carbon was added to 20 ml of aqueous ammonia solution of pH11, and ultrasonic irradiation for 1 minute was performed. The obtained liquid was left to stand for 5 hours to precipitate a solid part. After precipitation of the solid part, the residual part from which the supernatant liquid was removed was dried, and the weight of the solid after drying was measured. Weight ratio with respect to the weight 0.1g of the first conductive carbon of the weight which subtracted the weight of the solid after drying from the weight 0.1g of the first conductive carbon was made into content of the "hydrophilic part" in conductive carbon.

Fe(CH3COO)2와, Li(CH3COO)와, C6H8O7·H2O와, CH3COOH와, H3PO4를 증류수에 도입하여 얻어진 혼합액을 스터러로 1시간 교반한 후, 공기 중 100℃에서 증발 건고시킨 후, 질소 중 700℃에서 3분간 가열함으로써 1차 입자 지름 100㎚(평균 입경100㎚)의 LiFePO4의 미소 입자를 얻었다. 이어서, 시판의 LiFePO4의 조대 입자(1차 입자 지름 0.5~1㎛, 2차 입자 지름 2~3㎛, 평균 입경 2.5㎛)와, 얻어진 미소 입자와, 상기 도전성 카본을 90:9:1의 질량비로 혼합해서 전극 재료를 얻고, 또한 전체의 5질량%의 폴리불화비닐리덴과 적당량의 N-메틸피롤리돈을 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 알루미늄박 상에 도포해서 건조한 후, 압연 처리를 실시하여 전극을 얻었다. 이 전극에 있어서의 알루미늄박 상의 활물질층의 체적과 중량의 실측값으로부터 전극 밀도를 산출했다.Fe(CH 3 COO) 2 , Li(CH 3 COO), C 6 H 8 O 7 ·H 2 O, CH 3 COOH, and H 3 PO 4 A mixture obtained by introducing distilled water into distilled water was 1 After stirring for an hour, it was evaporated to dryness at 100°C in air, and then heated at 700°C in nitrogen for 3 minutes to obtain fine particles of LiFePO 4 having a primary particle size of 100 nm (average particle size of 100 nm). Next, commercially available coarse particles of LiFePO 4 (primary particle diameter of 0.5 to 1 μm, secondary particle diameter of 2 to 3 μm, average particle diameter of 2.5 μm), the obtained fine particles, and the conductive carbon were mixed in a ratio of 90:9:1 The electrode material is obtained by mixing in a mass ratio, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone are added and kneaded sufficiently to form a slurry, and this slurry is coated on an aluminum foil and dried Then, a rolling process was performed and the electrode was obtained. The electrode density was computed from the measured value of the volume and weight of the active material layer on the aluminum foil in this electrode.

실시예 2Example 2

실시예 1에 있어서의 순서 중, 산 처리 케첸 블랙 0.5g과, Fe(CH3COO)2 1.98g과, Li(CH3COO) 0.77g과, C6H8O7·H2O 1.10g과, CH3COOH 1.32g과, H3PO4 1.31g과, 증류수 120mL를 혼합하는 부분을 산 처리 케첸 블랙 1.8g과, Fe(CH3COO)2 0.5g과, Li(CH3COO) 0.19g과, C6H8O7·H2O 0.28g과, CH3COOH 0.33g과, H3PO4 0.33g과, 증류수 250mL를 혼합하는 순서로 변경한 점을 제외하고, 실시예 1의 순서를 반복했다.In the procedure in Example 1, 0.5 g of acid-treated Ketjen Black, 1.98 g of Fe(CH 3 COO) 2 , 0.77 g of Li(CH 3 COO), and 1.10 g of C 6 H 8 O 7 ·H 2 O and, CH 3 COOH 1.32 g, H 3 PO 4 1.31 g, and distilled water 120 mL of acid-treated Ketjen Black 1.8 g, Fe(CH 3 COO) 2 0.5 g, Li(CH 3 COO) 0.19 g, C 6 H 8 O 7 ·H 2 O 0.28 g, CH 3 COOH 0.33 g, H 3 PO 4 0.33 g, and distilled water 250 mL Except for changing the order of mixing 250 mL of Example 1 The sequence was repeated.

실시예 3Example 3

40% 질산 300mL에 실시예 1에서 사용한 케첸 블랙 10g을 첨가하고, 얻어진 액에 초음파를 10분간 조사한 후, 여과해서 케첸 블랙을 회수했다. 회수한 케첸 블랙을 3회 수세하고 건조함으로써 산 처리 케첸 블랙을 얻었다. 이 산 처리 케첸 블랙 1.8g을 실시예 2에서 사용한 산 처리 케첸 블랙 1.8g 대신에 사용한 점을 제외하고, 실시예 2의 순서를 반복했다.After adding 10 g of Ketjen Black used in Example 1 to 300 mL of 40% nitric acid, and irradiating ultrasonic waves for 10 minutes to the obtained liquid, it filtered and collect|recovered Ketjen Black. The recovered Ketjen Black was washed with water 3 times and dried to obtain acid-treated Ketjen Black. The procedure of Example 2 was repeated except that 1.8 g of this acid-treated Ketjen Black was used instead of 1.8 g of the acid-treated Ketjen Black used in Example 2.

비교예 1Comparative Example 1

60% 질산 300mL에 실시예 1에서 사용한 케첸 블랙 10g을 첨가하고, 얻어진 액에 초음파를 1시간 조사한 후, 여과해서 케첸 블랙을 회수했다. 회수한 케첸 블랙을 3회 수세하고 건조함으로써 산 처리 케첸 블랙을 얻었다. 이 산 처리 케첸 블랙을 질소 중 700℃에서 3분간 가열했다. 얻어진 도전성 카본에 대해서, 실시예 1에 있어서의 순서와 같은 순서로 친수성 부분의 함유량을 측정했다. 또한, 얻어진 도전성 카본을 이용하여 실시예 1에 있어서의 순서와 같은 순서로 LiFePO4 함유 전극을 작성하고, 전극 밀도를 산출했다.After adding 10 g of Ketjen Black used in Example 1 to 300 mL of 60% nitric acid, and irradiating an ultrasonic wave to the obtained liquid for 1 hour, it filtered and collect|recovered Ketjen Black. The recovered Ketjen Black was washed with water 3 times and dried to obtain acid-treated Ketjen Black. This acid-treated Ketjen Black was heated at 700° C. in nitrogen for 3 minutes. About the obtained conductive carbon, content of the hydrophilic part was measured in the same procedure as the procedure in Example 1. Moreover, the LiFePO4 containing electrode was created by the procedure similar to the procedure in Example 1 using the obtained conductive carbon, and the electrode density was computed.

비교예 2Comparative Example 2

30% 질산 300mL에 실시예 1에서 사용한 케첸 블랙 10g을 첨가하고, 얻어진 액에 초음파를 10분간 조사한 후, 여과해서 케첸 블랙을 회수했다. 회수한 케첸 블랙을 3회 수세하고 건조함으로써 산 처리 케첸 블랙을 얻었다. 이어서, 진동 볼 밀에 의한 분쇄를 행하지 않고, 질소 중 700℃에서 3분간 가열했다. 얻어진 도전성 카본에 대해서, 실시예 1에 있어서의 순서와 같은 순서로 친수성 부분의 함유량을 측정했다. 또한, 얻어진 도전성 카본을 이용하여 실시예 1에 있어서의 순서와 같은 순서로 LiFePO4 함유 전극을 작성하고, 전극 밀도를 산출했다.After adding 10 g of Ketjen Black used in Example 1 to 300 mL of 30% nitric acid, and irradiating an ultrasonic wave to the obtained liquid for 10 minutes, it filtered and collect|recovered Ketjen Black. The recovered Ketjen Black was washed with water 3 times and dried to obtain acid-treated Ketjen Black. Then, it heated at 700 degreeC in nitrogen for 3 minutes without performing grinding|pulverization by a vibrating ball mill. About the obtained conductive carbon, content of the hydrophilic part was measured in the same procedure as the procedure in Example 1. Moreover, the LiFePO4 containing electrode was created by the procedure similar to the procedure in Example 1 using the obtained conductive carbon, and the electrode density was computed.

비교예 3Comparative Example 3

친수성 부분의 전극 밀도에 대한 기여를 확인하기 위해서 실시예 1의 도전성 카본의 40㎎을 순수 40mL에 첨가하고, 30분간 초음파 조사를 행하여 카본을 순수에 분산시키고 분산액을 30분간 방치해서 상청액을 제거하고, 잔류 부분을 건조시킴으로써 고체를 얻었다. 이 고체에 대해서, 실시예 1에 있어서의 순서와 같은 순서로 친수성 부분의 함유량을 측정했다. 또한, 얻어진 도전성 카본을 이용하여 실시예 1에 있어서의 순서와 같은 순서로 LiFePO4 함유 전극을 작성하고, 전극 밀도를 산출했다.In order to confirm the contribution of the hydrophilic portion to the electrode density, 40 mg of the conductive carbon of Example 1 is added to 40 mL of pure water, ultrasonically irradiated for 30 minutes to disperse the carbon in pure water, and the dispersion is left for 30 minutes to remove the supernatant. , to obtain a solid by drying the remaining portion. About this solid, content of the hydrophilic part was measured in the same procedure as the procedure in Example 1. Moreover, the LiFePO4 containing electrode was created by the procedure similar to the procedure in Example 1 using the obtained conductive carbon, and the electrode density was computed.

비교예 4Comparative Example 4

실시예 1에서 사용한 케첸 블랙 원료에 대해서, 실시예 1에 있어서의 순서와 같은 순서로 친수성 부분의 함유량을 측정했다. 또한, 이 도전성 카본을 이용하여 실시예 1에 있어서의 순서와 같은 순서로 LiFePO4 함유 전극을 작성하고, 전극 밀도를 산출했다.About the Ketjen black raw material used in Example 1, content of the hydrophilic part was measured in the same procedure as the procedure in Example 1. Moreover, the LiFePO4 containing electrode was created by the procedure similar to the procedure in Example 1 using this conductive carbon, and the electrode density was computed.

도 2는 실시예 1~3 및 비교예 1~4의 도전성 카본에 대한 친수성 부분 함유량과, 실시예 1~3 및 비교예 1~4의 전극에 대한 전극 밀도의 관계를 나타낸 도면이다. 도 2로부터 분명한 바와 같이, 친수성 부분의 함유량이 도전성 카본 전체의 8질량%를 초과하면 전극 밀도가 증대되기 시작하고, 9질량%를 초과하면 전극 밀도가 급격하게 증대되기 시작하며, 친수성 부분의 함유량이 도전성 카본 전체의 10질량%를 초과하면 2.6g/cc 이상의 높은 전극 밀도가 얻어지는 것을 알 수 있었다. 또한, 실시예 1의 결과와 비교예 3의 결과의 비교로부터 분명한 바와 같이, 전극 밀도의 향상에는 도전성 카본의 친수성 부분의 기여가 큰 것을 알 수 있었다.It is a figure which showed the relationship between hydrophilic partial content with respect to the conductive carbon of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-4, and the electrode density with respect to the electrode of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-4. As is clear from FIG. 2, when content of a hydrophilic part exceeds 8 mass % of the whole conductive carbon, an electrode density begins to increase, and when it exceeds 9 mass %, an electrode density begins to increase rapidly, content of a hydrophilic part When 10 mass % of this whole conductive carbon was exceeded, it turned out that the high electrode density of 2.6 g/cc or more is obtained. Moreover, it turned out that the contribution of the hydrophilic part of conductive carbon is large to the improvement of an electrode density evidently from the comparison of the result of Example 1 and the result of the comparative example 3.

(2) 제 2 제조 방법, 친수성 부분의 함유량 및 전극 밀도의 평가(2) Evaluation of the 2nd manufacturing method, content of hydrophilic part, and electrode density

실시예 4Example 4

케첸 블랙(상품명 EC300J, 케첸 블랙 인터내셔널사제, 평균 1차 입자 지름; 40㎚, 마이크로 구멍의 비표면적; 430㎡g-1) 0.45g과, Co(CH3COO)2·4H2O의 4.98g과, LiOH·H2O 1.6g과, 증류수 120mL를 혼합하고, 얻어진 혼합액을 스터러로 1시간 교반한 후, 여과에 의해 혼합물을 채집했다. 이어서, 이배퍼레이터를 이용하여 LiOH·H2O 1.5g을 혼합한 후, 공기 중 250℃에서 30분간 가열하여 케첸 블랙에 리튬코발트 화합물이 담지된 복합체를 얻었다. 농도 98%의 농황산, 농도 70%의 농질산 및 농도 30%의 염산을 체적비로 1:1:1로 혼합한 수용액 100mL에 얻어진 복합체 1g을 첨가하고, 얻어진 액에 초음파를 15분간 조사시키면서 복합체 중의 리튬코발트 화합물을 용해시키고, 남은 고체를 여과하여 수세하고, 건조시켰다. 건조 후의 고체의 일부를 TG 분석에 의해 공기 중 900℃까지 가열하고, 중량 손실을 측정했다. 중량 손실이 100%, 즉 리튬코발트 화합물이 잔류하고 있지 않은 것을 확인할 수 있을 때까지, 상술의 염산 수용액에 의한 리튬코발트 화합물의 용해, 여과, 수세 및 건조의 공정을 반복하여 리튬코발트 화합물 프리의 도전성 카본을 얻었다.Ketjen Black (trade name EC300J, manufactured by Ketjen Black International Co., Ltd., average primary particle diameter; 40 nm, specific surface area of micropores; 430 m 2 g -1 ) 0.45 g and Co(CH 3 COO) 2 4H 2 O 4.98 g And, LiOH·H 2 O 1.6 g, and distilled water 120 mL were mixed, and the resulting mixture was stirred with a stirrer for 1 hour, and then the mixture was collected by filtration. Then, 1.5 g of LiOH·H 2 O was mixed using an evaporator, and then heated at 250° C. in air for 30 minutes to obtain a composite in which a lithium cobalt compound was supported on Ketjen Black. Lithium in the complex was added to 100 mL of an aqueous solution obtained by mixing 98% concentrated sulfuric acid, 70% concentrated nitric acid, and 30% hydrochloric acid in a volume ratio of 1:1:1, and the obtained solution was irradiated with ultrasonic waves for 15 minutes. The cobalt compound was dissolved, and the remaining solid was filtered, washed with water, and dried. A part of the dried solid was heated to 900°C in air by TG analysis, and the weight loss was measured. The lithium cobalt compound-free conductivity of the lithium cobalt compound free by repeating the steps of dissolving the lithium cobalt compound with an aqueous hydrochloric acid solution, filtration, washing with water, and drying the above-mentioned process until the weight loss is 100%, that is, it can be confirmed that no lithium cobalt compound remains. got carbon.

이어서, 얻어진 도전성 카본에 대해서 실시예 1에 있어서의 순서와 같은 순서로 친수성 부분의 함유량을 측정했다. 친수성 부분의 함유량은 카본 전체의 14.5질량%였다.Next, about the obtained conductive carbon, content of the hydrophilic part was measured in the same procedure as the procedure in Example 1. Content of the hydrophilic part was 14.5 mass % of the whole carbon.

Li2CO3과, Co(CH3COO)2와, C6H807·H2O를 증류수에 도입하고, 얻어진 혼합액을 스터러로 1시간 교반한 후, 공기 중 100℃에서 증발 건고시킨 후, 공기 중 800℃에서 10분간 가열함으로써 평균 입경 0.5㎛의 LiCoO2 미소 입자를 얻었다. 이어서, 시판의 LiCoO2의 조대 입자(평균 입경 10㎛)와, 얻어진 미소 입자와, 상기 도전성 카본을 90:9:1의 질량비로 혼합하고, 또한 전체의 5질량%의 폴리불화비닐리덴과 적당량의 N-메틸피롤리돈을 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 알루미늄박 상에 도포해서 건조한 후, 압연 처리를 실시하여 전극을 얻었다. 이 전극에 있어서의 알루미늄박 상의 활물질층의 체적과 중량의 실측값으로부터 전극 밀도를 산출했다. 전극 밀도의 값은 4.2g/cc였다.Li 2 CO 3 , Co(CH 3 COO) 2 , and C 6 H 8 0 7 ·H 2 O were introduced into distilled water, and the resulting mixture was stirred with a stirrer for 1 hour, and then evaporated to dryness at 100° C. in air. After heating, LiCoO 2 microparticles having an average particle diameter of 0.5 µm were obtained by heating at 800°C in air for 10 minutes. Next, commercially available coarse particles of LiCoO 2 (average particle size of 10 µm), the obtained fine particles, and the conductive carbon are mixed in a mass ratio of 90:9:1, and an appropriate amount with 5% by mass of polyvinylidene fluoride in total. of N-methylpyrrolidone was added and kneaded sufficiently to form a slurry, and the slurry was applied on an aluminum foil and dried, followed by a rolling treatment to obtain an electrode. The electrode density was computed from the measured value of the volume and weight of the active material layer on the aluminum foil in this electrode. The value of the electrode density was 4.2 g/cc.

비교예 5Comparative Example 5

실시예 4에서 사용한 케첸 블랙 원료에 대해서 실시예 1에 있어서의 순서와 같은 순서로 친수성 부분의 함유량을 측정했다. 친수성 부분의 함유량은 카본 전체의 5질량%였다. 또한, 실시예 4와 같은 순서로 LiCoO2 함유 전극을 작성하고, 전극 밀도를 산출했다. 전극 밀도의 값은 3.6g/cc였다.About the Ketjen black raw material used in Example 4, content of the hydrophilic part was measured in the same procedure as the procedure in Example 1. Content of the hydrophilic part was 5 mass % of the whole carbon. Moreover, the LiCoO 2 containing electrode was created in the same procedure as Example 4, and the electrode density was computed. The value of the electrode density was 3.6 g/cc.

실시예 4와 비교예 5의 비교로부터, 친수성 부분의 함유량이 도전성 카본 전체의 10질량% 이상이면 전극 밀도가 대폭 향상되는 것을 알 수 있다.From the comparison of Example 4 and the comparative example 5, it turns out that an electrode density improves significantly as content of a hydrophilic part is 10 mass % or more of the whole conductive carbon.

(3) 리튬 이온 2차 전지로서의 평가(3) Evaluation as a lithium ion secondary battery

(i) 활물질: LiNi0 . 5Mn0 . 3Co0 . 2O2 (i) Active material: LiNi 0 . 5 Mn 0 . 3 Co 0 . 2 O 2

실시예 5Example 5

Li2CO3과, Ni(CH3COO)2와, Mn(CH3COO)2와, Co(CH3COO)2를 증류수에 도입하고, 얻어진 혼합액을 스터러로 1시간 교반한 후, 공기 중 100℃에서 증발 건조시킨 후, 볼 밀로 혼합하고, 공기 중 800℃에서 10분간 가열함으로써 평균 입경 0.5㎛의 LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 미소 입자를 얻었다. 이 미소 입자와 실시예 1의 도전성 카본을 90:10의 질량비로 혼합하여 예비 혼합물을 얻었다. 이어서, 86질량부의 시판의 LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2의 조대 입자(평균 입경 5㎛)와, 9질량부의 상기 예비 혼합물과, 2질량부의 아세틸렌 블랙(1차 입자 지름; 40㎚, 마이크로 구멍의 비표면적; 0㎡g- 1)을 혼합하고, 또한 3질량부의 폴리불화비닐리덴과 적당량의 N-메틸피롤리돈을 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 알루미늄박 상에 도포해서 건조한 후, 압연 처리를 실시하여 리튬 이온 2차 전지용의 정극을 얻었다. 이 정극에 있어서의 알루미늄박 상의 활물질층의 체적과 중량의 실측값으로부터 전극 밀도를 산출했다. 전극 밀도의 값은 4.00g/cc였다. 또한, 얻어진 정극을 이용하여, 1M의 LiPF6의 에틸렌카보네이트/디에틸카보네이트 1:1 용액을 전해액으로 하고, 대극을 리튬으로 한 리튬 이온 2차 전지를 작성했다. 얻어진 전지에 대해서, 광범위한 전류 밀도의 조건 하에서 충방전 특성을 평가했다.Li 2 CO 3 , Ni(CH 3 COO) 2 , Mn(CH 3 COO) 2 , and Co(CH 3 COO) 2 were introduced into distilled water, and the resulting mixture was stirred with a stirrer for 1 hour, and then air LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 microparticles having an average particle diameter of 0.5 µm were obtained by evaporation and drying at 100°C, mixing with a ball mill, and heating at 800°C in air for 10 minutes. This microparticle and the conductive carbon of Example 1 were mixed by mass ratio of 90:10, and the preliminary|backup mixture was obtained. Next, 86 parts by mass of commercially available LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 coarse particles (average particle diameter of 5 µm), 9 parts by mass of the above-mentioned preliminary mixture, and 2 parts by mass of acetylene black (primary particle diameter; 40 nm, micropores) of 0 m 2 g - 1 ) are mixed, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone are added and sufficiently kneaded to form a slurry, and this slurry is applied on an aluminum foil. And after drying, the rolling process was performed and the positive electrode for lithium ion secondary batteries was obtained. The electrode density was computed from the measured value of the volume and weight of the active material layer on the aluminum foil in this positive electrode. The value of the electrode density was 4.00 g/cc. Moreover, using the obtained positive electrode, the ethylene carbonate/diethyl carbonate 1: 1 solution of 1M LiPF6 was used as electrolyte solution, and the lithium ion secondary battery which used lithium as the counter electrode was created. About the obtained battery, the charging/discharging characteristic was evaluated under the conditions of a wide range of current densities.

실시예 6Example 6

94질량부의 시판의 LiNi0 . 5Mn0 . 3Co0 . 2O2 입자(평균 입경 5㎛)와, 2질량부의 실시예 1의 도전성 카본과, 2질량부의 아세틸렌 블랙(1차 입자 지름; 40㎚, 마이크로 구멍의 비표면적; 0㎡g- 1)을 혼합하고, 또한 2질량부의 폴리불화비닐리덴과 적당량의 N-메틸피롤리돈을 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 알루미늄박 상에 도포해서 건조한 후, 압연 처리를 실시하여 리튬 이온 2차 전지용의 정극을 얻었다. 이 정극에 있어서의 알루미늄박 상의 활물질층의 체적과 중량의 실측값으로부터 전극 밀도를 산출했다. 전극 밀도의 값은 3.81g/cc였다. 또한, 얻어진 정극을 이용하여, 1M의 LiPF6의 에틸렌카보네이트/디에틸카보네이트 1:1 용액을 전해액으로 하고, 대극을 리튬으로 한 리튬 이온 2차 전지를 작성했다. 얻어진 전지에 대해서, 광범위한 전류 밀도의 조건 하에서 충방전 특성을 평가했다.94 parts by mass of commercially available LiNi 0 . 5 Mn 0 . 3 Co 0 . 2 O 2 particles (average particle size: 5 µm), 2 parts by mass of the conductive carbon of Example 1, and 2 parts by mass of acetylene black (primary particle size; 40 nm, specific surface area of micropores; 0 m 2 g - 1 ) After mixing, 2 parts by mass of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone are added, and the mixture is sufficiently kneaded to form a slurry. This slurry is coated on aluminum foil and dried, followed by rolling treatment to perform lithium ion A positive electrode for a secondary battery was obtained. The electrode density was computed from the measured value of the volume and weight of the active material layer on the aluminum foil in this positive electrode. The value of the electrode density was 3.81 g/cc. Moreover, using the obtained positive electrode, the ethylene carbonate/diethyl carbonate 1: 1 solution of 1M LiPF6 was used as electrolyte solution, and the lithium ion secondary battery which used lithium as the counter electrode was created. About the obtained battery, the charging/discharging characteristic was evaluated under the conditions of a wide range of current densities.

비교예 6Comparative Example 6

94질량부의 시판의 LiNi0 . 5Mn0 . 3Co0 . 2O2 입자(평균 입경 5㎛)와, 4질량부의 아세틸렌 블랙(1차 입자 지름; 40㎚, 마이크로 구멍의 비표면적; 0㎡g- 1)을 혼합하고, 또한 2질량부의 폴리불화비닐리덴과 적당량의 N-메틸피롤리돈을 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 알루미늄박 상에 도포해서 건조한 후, 압연 처리를 실시하여 리튬 이온 2차 전지용의 정극을 얻었다. 이 정극에 있어서의 알루미늄박 상의 활물질층의 체적과 중량의 실측값으로부터 전극 밀도를 산출했다. 전극 밀도의 값은 3.40g/cc였다. 또한, 얻어진 정극을 이용하여, 1M의 LiPF6의 에틸렌카보네이트/디에틸카보네이트 1:1 용액을 전해액으로 하고, 대극을 리튬으로 한 리튬 이온 2차 전지를 작성했다. 얻어진 전지에 대해서, 광범위한 전류 밀도의 조건 하에서 충방전 특성을 평가했다.94 parts by mass of commercially available LiNi 0 . 5 Mn 0 . 3 Co 0 . 2 O 2 particles (average particle size: 5 µm) and 4 parts by mass of acetylene black (primary particle diameter; 40 nm, specific surface area of micropores; 0 m 2 g - 1 ) are mixed, and further 2 parts by mass of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone, sufficiently kneaded to form a slurry, and the slurry was coated on an aluminum foil and dried, followed by rolling to obtain a positive electrode for a lithium ion secondary battery. The electrode density was computed from the measured value of the volume and weight of the active material layer on the aluminum foil in this positive electrode. The value of the electrode density was 3.40 g/cc. Moreover, using the obtained positive electrode, the ethylene carbonate/diethyl carbonate 1: 1 solution of 1M LiPF6 was used as electrolyte solution, and the lithium ion secondary battery which used lithium as the counter electrode was created. About the obtained battery, the charging/discharging characteristic was evaluated under the conditions of a wide range of current densities.

도 3에 실시예 6의 리튬 이온 2차 전지의 정극의 단면에 대한 SEM 사진을, 도 4에 비교예 6의 리튬 이온 2차 전지의 정극의 단면에 대한 SEM 사진을 나타낸다. 각 도면에 있어서, (A)는 1500배의 사진이고, (B)는 25000배의 사진이다. 도 3의 (A) 및 도 4의 (A)에 있어서 활물질층의 두께가 t로 나타내어져 있지만, 활물질층에 있어서의 활물질 입자와 카본의 함유량이 동일한데도 불구하고, 실시예 6의 리튬 이온 2차 전지에 있어서의 활물질층은 비교예 6의 리튬 이온 2차 전지에 있어서의 활물질층보다 얇게 되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 3의 (A)와 도 4의 (A)의 비교로부터, 실시예 6의 리튬 이온 2차 전지에 있어서의 활물질층에서는 활물질 입자끼리가 접근하여 화상에 있어서의 활물질층 전체의 면적에 대한 카본에 의해 점유되는 면적의 비율이 적은 것을 알 수 있다. 또한, 도 3의 (B)와 도 4의 (B)로부터 파악되는 바와 같이, 양자에 있어서의 카본의 형태는 현저하게 다르다. 비교예 6의 리튬 이온 2차 전지에 있어서의 활물질층[도 4(B)]에서는 카본(아세틸렌 블랙) 1차 입자의 입계가 명료하고, 카본 입자간의 공극에 추가해서 활물질 입자와 카본 입자의 계면 근방, 특히 활물질 입자의 표면에 형성된 구멍의 근방에 큰 공극이 존재하는 것에 대해, 실시예 6의 리튬 이온 2차 전지에 있어서의 활물질층[도 3(B)]에서는 카본 1차 입자의 입계가 확인되지 않고, 카본이 풀 형상이며, 이 풀 형상의 카본이 활물질 입자의 50㎚ 이하의 폭을 갖는 구멍(1차 입자간의 간극)의 심부에까지 침입하고 있어, 공극이 거의 존재하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 활물질 입자 표면의 90% 이상이 풀 형상의 카본과 접촉하고 있는 것을 알 수 있다. 이 카본의 형태의 상위에 의해, 실시예 6 및 비교예 6의 리튬 이온 2차 전지의 정극에 있어서의 전극 밀도의 상위가 초래되고 있는 것을 알 수 있었다.3 is a SEM photograph of the cross section of the positive electrode of the lithium ion secondary battery of Example 6, and FIG. 4 is a SEM photograph of the cross section of the positive electrode of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 6. In each figure, (A) is a photograph of 1500 magnification, (B) is a photograph of 25000 magnification. Although the thickness of the active material layer is indicated by t in FIGS. 3A and 4A , the lithium ion 2 of Example 6 is the same as the content of the active material particles and carbon in the active material layer. It turns out that the active material layer in a secondary battery is thinner than the active material layer in the lithium ion secondary battery of Comparative Example 6. In addition, from the comparison of Fig. 3 (A) and Fig. 4 (A), in the active material layer in the lithium ion secondary battery of Example 6, the active material particles approach each other to the area of the entire active material layer in the image. It can be seen that the ratio of the area occupied by carbon to the carbon is small. Moreover, as can be grasped|ascertained from FIG.3(B) and FIG.4(B), the form of carbon in both is remarkably different. In the active material layer in the lithium ion secondary battery of Comparative Example 6 (Fig. 4(B)), the grain boundaries of the primary carbon (acetylene black) particles are clear, and in addition to the voids between the carbon particles, the interface between the active material particles and the carbon particles While large voids exist in the vicinity, particularly in the vicinity of pores formed on the surface of the active material particles, in the active material layer in the lithium ion secondary battery of Example 6 (Fig. 3(B)), the grain boundaries of the carbon primary particles are It was not confirmed, and it was found that the carbon was in the form of grass, and that the carbon in the form of grass had penetrated to the deep part of the pores (gaps between primary particles) having a width of 50 nm or less of the particles of the active material, so that there were almost no voids. there is. Moreover, it turns out that 90% or more of the active material particle surfaces are in contact with grass-like carbon. It turned out that the difference in the electrode density in the positive electrode of the lithium ion secondary battery of Example 6 and Comparative Example 6 was caused by the difference in the form of this carbon.

상술한 바와 같이, 실시예 6에 있어서의 활물질층은 비교예 6에 있어서의 활물질층보다 얇아져 있기 때문에 실시예 6의 활물질층에 있어서의 재료 충전율이 큰 것을 알 수 있지만, 이하의 식을 이용하여 재료 충전율을 확인했다. 또한, 이론 전극 밀도란, 활물질층에 있어서의 공극이 0%라고 가정했을 때의 전극 밀도이다.As described above, since the active material layer in Example 6 is thinner than the active material layer in Comparative Example 6, it can be seen that the material filling rate in the active material layer of Example 6 is large, but using the following formula The material filling rate was checked. In addition, a theoretical electrode density is an electrode density when it is assumed that the space|gap in an active material layer is 0 %.

재료 충전율(%)=전극 밀도×100/이론 전극 밀도 (I)Material filling factor (%) = electrode density × 100/theoretical electrode density (I)

이론 전극 밀도(g/cc)Theoretical electrode density (g/cc)

= 100/{a/X+b/Y+(100-a-b)/Z} (Ⅱ)= 100/{a/X+b/Y+(100-a-b)/Z} (II)

a: 활물질층 전체에 대한 활물질의 질량%a: mass % of active material with respect to the entire active material layer

b: 활물질층 전체에 대한 카본의 질량%b: mass % of carbon with respect to the entire active material layer

100-a-b: 활물질층 전체에 대한 폴리불화비닐리덴의 질량%100-a-b: mass % of polyvinylidene fluoride with respect to the entire active material layer

X: 활물질의 진밀도 Y: 카본 블랙의 진밀도X: True density of active material Y: True density of carbon black

Z: 폴리불화비닐리덴의 진밀도Z: true density of polyvinylidene fluoride

그 결과, 실시예 6에 있어서의 활물질층의 재료 충전율은 86.8%, 비교예 6에 있어서의 활물질층의 재료 충전율은 79.1%이며, 본 발명의 도전성 카본을 포함하는 전극에 있어서 7.7%의 충전율의 향상이 확인되었다.As a result, the material filling rate of the active material layer in Example 6 is 86.8%, the material filling rate of the active material layer in the comparative example 6 is 79.1 %, In the electrode containing the conductive carbon of this invention, 7.7% of the filling rate An improvement was confirmed.

도 5에 실시예 6에 있어서의 활물질층과 비교예 6에 있어서의 활물질층에 대해서, 질소 가스 흡착법에 의해 세공 분포를 측정한 결과를 나타낸다. 비교예 6에 있어서의 활물질층에는 지름 20㎚ 미만의 세공이 거의 존재하지 않고, 세공의 대부분이 직경 약 30㎚, 직경 약 40㎚, 직경 약 150㎚에 피크를 나타내는 세공인 것을 알 수 있다. 직경 약 150㎚에 피크를 나타내는 세공은 주로 활물질 입자에 기인하는 세공이며, 직경 약 30㎚, 직경 약 40㎚에 피크를 나타내는 세공은 주로 아세틸렌 블랙의 입자간에 확인되는 세공이라고 생각된다. 이에 대하여, 실시예 6에 있어서의 활물질층에서는 비교예 6에 있어서의 활물질층의 세공 중 직경 약 100㎚ 이상의 세공이 감소하고 있고, 이것을 대신해서 직경 5~40㎚의 범위의 세공이 증가하고 있는 것을 알 수 있다. 직경 약 100㎚ 이상의 세공이 감소하고 있는 것은, 활물질 입자의 세공이 풀 형상의 도전성 카본에 의해 덮여져 있기 때문으로 생각된다. 또한, 지름 5~40㎚의 세공은 주로 치밀화한 풀 형상의 도전성 카본에 있어서의 세공이라고 생각되지만, 축전 디바이스 중의 전해액이 풀 형상의 도전성 카본을 통과해서 활물질 입자에 이르기에는 충분한 크기이다. 따라서, 전극에 있어서의 풀 형상의 도전성 카본은 축전 디바이스 중의 전해액의 함침을 억제하지 않는다고 판단되었다.About the active material layer in Example 6 and the active material layer in Comparative Example 6 in FIG. 5, the result of having measured the pore distribution by the nitrogen gas adsorption method is shown. It turns out that the active material layer in Comparative Example 6 hardly had pores with a diameter of less than 20 nm, and most of the pores were pores showing a peak at about 30 nm in diameter, about 40 nm in diameter, and about 150 nm in diameter. The pores exhibiting a peak at about 150 nm in diameter are mainly due to the active material particles, and the pores showing peaks at about 30 nm in diameter and about 40 nm in diameter are considered to be pores mainly found between particles of acetylene black. On the other hand, in the active material layer in Example 6, the number of pores with a diameter of about 100 nm or more among the pores of the active material layer in Comparative Example 6 is decreasing, and instead of this, pores in the range of 5 to 40 nm in diameter are increasing. it can be seen that It is thought that the pore of about 100 nm or more in diameter is decreasing because the pore of an active material particle is covered with pasty conductive carbon. Moreover, although it is thought that the pore with a diameter of 5-40 nm is mainly the pore in the densified grass-like conductive carbon, it is a sufficient size for the electrolyte solution in an electrical storage device to pass through the grass-like conductive carbon to reach an active material particle. Therefore, it was judged that the paste-shaped conductive carbon in an electrode did not suppress the impregnation of the electrolyte solution in an electrical storage device.

도 6은 실시예 5, 실시예 6, 및 비교예 6의 리튬 이온 2차 전지에 대한, 레이트와 정극 활물질층의 체적당의 방전 용량의 관계를 나타낸 도면이다. 실시예 6의 리튬 이온 2차 전지는 비교예 6의 리튬 이온 2차 전지보다 증대된 용량을 나타내고, 실시예 5의 리튬 이온 2차 전지는 실시예 6의 리튬 이온 2차 전지보다 더욱 증대된 용량을 나타냈다. 즉, 정극의 전극 밀도가 증대함에 따라서 체적당의 방전 용량도 증대됐다. 또한, 이들 2차 전지는 대략 동일한 레이트 특성을 나타냈다. 이 것으로부터, 실시예 5, 실시예 6의 2차 전지에 있어서의 활물질층에 포함되는 풀 형상의 도전성 카본이 도전제로서 기능하기에 충분한 도전성을 가짐과 아울러, 2차 전지 중의 전해액의 함침을 억제하지 않는 것을 알 수 있다. 실시예 5의 2차 전지의 정극과 실시예 6의 2차 전지의 정극은 활물질층에 있어서의 활물질 입자와 카본의 함유량이 대략 동일한데도 불구하고 실시예 5의 2차 전지의 정극이 실시예 6의 2차 전지의 정극보다 높은 전극 밀도를 나타내지만, 이것은 실시예 5의 2차 전지의 정극에 있어서의 활물질층에서는 미소 입자가 실시예 1의 도전성 카본을 압박하면서 그 도전성 카본과 함께 인접하는 조대 입자 사이에 형성되는 간극부에 압출시켜서 충전되기 때문이라고 생각되었다.6 is a diagram showing the relationship between the rate and the discharge capacity per volume of the positive electrode active material layer for the lithium ion secondary batteries of Examples 5, 6, and Comparative Example 6; The lithium ion secondary battery of Example 6 exhibits an increased capacity than the lithium ion secondary battery of Comparative Example 6, and the lithium ion secondary battery of Example 5 has a further increased capacity than the lithium ion secondary battery of Example 6 showed That is, as the electrode density of the positive electrode increased, the discharge capacity per volume also increased. In addition, these secondary batteries exhibited approximately the same rate characteristics. From this, while having sufficient electroconductivity for the grass-shaped conductive carbon contained in the active material layer in the secondary battery of Examples 5 and 6 to function as a conductive agent, impregnation of the electrolyte solution in a secondary battery is carried out It can be seen that it is not suppressed. Although the positive electrode of the secondary battery of Example 5 and the positive electrode of the secondary battery of Example 6 have approximately the same content of active material particles and carbon in the active material layer, the positive electrode of the secondary battery of Example 5 is the positive electrode of Example 6 shows an electrode density higher than that of the positive electrode of the secondary battery of It was thought that this was because it was extruded and filled in the clearance gap formed between particle|grains.

실시예 6과 비교예 6의 리튬 이온 2차 전지에 대해서 60℃, 0.5C의 충방전 레이트의 조건 하, 4.6~3.0V의 범위에서 충방전을 반복했다. 도 7에, 얻어진 사이클 특성의 결과를 나타낸다. 실시예 6의 2차 전지가 비교예 6의 2차 전지보다 뛰어난 사이클 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 이것은 도 3과 도 4의 비교로부터 파악되는 바와 같이, 실시예 6의 2차 전지에 있어서의 활물질층 중의 활물질 입자 표면의 대략 전체가 활물질 입자 표면의 구멍의 심부에 이르기까지 풀 형상의 카본에 의해 피복되어 있고, 이 풀 형상의 카본이 활물질의 열화를 억제하고 있기 때문이라고 생각되었다.For the lithium ion secondary batteries of Example 6 and Comparative Example 6, charging and discharging were repeated in the range of 4.6 to 3.0 V under conditions of a charge/discharge rate of 60° C. and 0.5 C. 7 shows the results of the obtained cycle characteristics. It can be seen that the secondary battery of Example 6 has superior cycle characteristics than the secondary battery of Comparative Example 6. As can be seen from the comparison of Figs. 3 and 4, substantially the entire surface of the active material particles in the active material layer in the secondary battery of Example 6 is made of grass-like carbon up to the depth of pores on the surface of the active material particles. It was coat|covered, and it was thought that this grass-like carbon was because the deterioration of an active material was suppressed.

(ⅱ) 활물질: LiCoO2 (ii) Active material: LiCoO 2

실시예 7Example 7

Li2CO3과, Co(CH3COO)2와, C6H807·H2O를 증류수에 도입하고, 얻어진 혼합액을 스터러로 1시간 교반한 후, 공기 중 100℃에서 증발 건고시킨 후, 공기 중 800℃에서 10분간 가열함으로써 평균 입경 0.5㎛의 LiCoO2 미소 입자를 얻었다. 이 미소 입자와 실시예 1의 도전성 카본을 90:10의 질량비로 혼합하여, 예비 혼합물을 얻었다. 이어서, 86질량부의 시판의 LiCoO2의 조대 입자(평균 입경 10㎛)와, 9질량부의 상기 예비 혼합물과, 2질량부의 아세틸렌 블랙(1차 입자 지름; 40㎚, 마이크로 구멍의 비표면적; 0㎡g- 1)을 혼합하고, 또한 3질량부의 폴리불화비닐리덴과 적당량의 N-메틸피롤리돈을 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 알루미늄박 상에 도포해서 건조한 후, 압연 처리를 실시하여 리튬 이온 2차 전지용의 정극을 얻었다. 이 정극에 있어서의 알루미늄박 상의 활물질층의 체적과 중량의 실측값으로부터 전극 밀도를 산출했다. 전극 밀도의 값은 4.25g/cc였다. 또한, 얻어진 정극을 이용하여, 1M의 LiPF6의 에틸렌카보네이트/디에틸카보네이트 1:1 용액을 전해액으로 하고, 대극을 리튬으로 한 리튬 이온 2차 전지를 작성했다. 얻어진 전지에 대해서, 광범위한 전류 밀도의 조건 하에서 충방전 특성을 평가했다.Li 2 CO 3 , Co(CH 3 COO) 2 , and C 6 H 8 0 7 ·H 2 O were introduced into distilled water, and the resulting mixture was stirred with a stirrer for 1 hour, and then evaporated to dryness at 100° C. in air. After heating, LiCoO 2 microparticles having an average particle diameter of 0.5 µm were obtained by heating at 800°C in air for 10 minutes. This microparticle and the conductive carbon of Example 1 were mixed by mass ratio of 90:10, and the preliminary|backup mixture was obtained. Next, 86 parts by mass of commercially available coarse particles of LiCoO 2 (average particle diameter of 10 µm), 9 parts by mass of the above-mentioned preliminary mixture, and 2 parts by mass of acetylene black (primary particle diameter; 40 nm, specific surface area of micropores; 0 m 2 ) g - 1 ) is mixed, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone are added and sufficiently kneaded to form a slurry, and this slurry is coated on an aluminum foil and dried, followed by rolling treatment to obtain a positive electrode for a lithium ion secondary battery. The electrode density was computed from the measured value of the volume and weight of the active material layer on the aluminum foil in this positive electrode. The value of the electrode density was 4.25 g/cc. Moreover, using the obtained positive electrode, the ethylene carbonate/diethyl carbonate 1: 1 solution of 1M LiPF6 was used as electrolyte solution, and the lithium ion secondary battery which used lithium as the counter electrode was created. About the obtained battery, the charging/discharging characteristic was evaluated under the conditions of a wide range of current densities.

실시예 8Example 8

94질량부의 시판의 LiCoO2 입자(평균 입경 10㎛)와, 2질량부의 실시예 1의 도전성 카본과, 2질량부의 아세틸렌 블랙(1차 입자 지름; 40㎚, 마이크로 구멍의 비표면적; 0㎡g- 1)을 혼합하고, 또한 2질량부의 폴리불화비닐리덴과 적당량의 N-메틸피롤리돈을 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 알루미늄 박 상에 도포해서 건조한 후, 압연 처리를 실시하여 리튬 이온 2차 전지용의 정극을 얻었다. 이 정극에 있어서의 알루미늄박 상의 활물질층의 체적과 중량의 실측치값으로부터 전극 밀도를 산출했다. 전극 밀도의 값은 4.05g/cc였다. 또한, 얻어진 정극을 이용하여, 1M의 LiPF6의 에틸렌카보네이트/디에틸카보네이트 1:1 용액을 전해액으로 하고, 대극을 리튬으로 한 리튬 이온 2차 전지를 작성했다. 얻어진 전지에 대해서, 광범위한 전류 밀도의 조건 하에서 충방전 특성을 평가했다.94 parts by mass of commercially available LiCoO 2 particles (average particle size of 10 µm), 2 parts by mass of the conductive carbon of Example 1, and 2 parts by mass of acetylene black (primary particle diameter; 40 nm, specific surface area of micropores; 0 m 2 g - 1 ) is mixed, and 2 parts by mass of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone are added and thoroughly kneaded to form a slurry, and this slurry is coated on aluminum foil and dried, followed by rolling treatment. It carried out and obtained the positive electrode for lithium ion secondary batteries. The electrode density was computed from the measured value of the volume and weight of the active material layer on the aluminum foil in this positive electrode. The value of the electrode density was 4.05 g/cc. Moreover, using the obtained positive electrode, the ethylene carbonate/diethyl carbonate 1: 1 solution of 1M LiPF6 was used as electrolyte solution, and the lithium ion secondary battery which used lithium as the counter electrode was created. About the obtained battery, the charging/discharging characteristic was evaluated under the conditions of a wide range of current densities.

비교예 7Comparative Example 7

94질량부의 시판의 LiCoO2 입자(평균 입경 10㎛)와, 4질량부의 아세틸렌 블랙(1차 입자 지름; 40㎚, 마이크로 구멍의 비표면적; 0㎡g- 1)을 혼합하고, 또한 2질량부의 폴리불화비닐리덴과 적당량의 N-메틸피롤리돈을 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 알루미늄박 상에 도포해서 건조한 후, 압연 처리를 실시하여 리튬 이온 2차 전지용의 정극을 얻었다. 이 정극에 있어서의 알루미늄박 상의 활물질층의 체적과 중량의 실측값으로부터 전극 밀도를 산출했다. 전극 밀도의 값은 3.60g/cc였다. 또한, 얻어진 정극을 이용하여, 1M의 LiPF6의 에틸렌카보네이트/디에틸카보네이트 1:1 용액을 전해액으로 하고, 대극을 리튬으로 한 리튬 이온 2차 전지를 작성했다. 얻어진 전지에 대해서, 광범위한 전류 밀도의 조건 하에서 충방전 특성을 평가했다.94 parts by mass of commercially available LiCoO 2 particles (average particle size of 10 µm) and 4 parts by mass of acetylene black (primary particle diameter; 40 nm, specific surface area of micropores; 0 m 2 g - 1 ) are mixed, and 2 parts by mass Polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone were added, kneaded sufficiently to form a slurry, and the slurry was coated on an aluminum foil and dried, followed by rolling to obtain a positive electrode for a lithium ion secondary battery. . The electrode density was computed from the measured value of the volume and weight of the active material layer on the aluminum foil in this positive electrode. The value of the electrode density was 3.60 g/cc. Moreover, using the obtained positive electrode, the ethylene carbonate/diethyl carbonate 1: 1 solution of 1M LiPF6 was used as electrolyte solution, and the lithium ion secondary battery which used lithium as the counter electrode was created. About the obtained battery, the charging/discharging characteristic was evaluated under the conditions of a wide range of current densities.

실시예 8에 있어서의 활물질층과, 비교예 7에 있어서의 활물질층에 대해서 상술한 식 (I), (Ⅱ)를 이용하여 재료 충전율을 확인했다. 그 결과, 실시예 8에 있어서의 활물질층의 재료 충전율은 85.6%, 비교예 7에 있어서의 활물질층의 재료 충전율은 79.1%이며, 본 발명의 도전성 카본을 포함하는 전극에 있어서 6.5%의 충전율의 향상이 확인되었다.About the active material layer in Example 8 and the active material layer in Comparative Example 7, the material filling rate was confirmed using the formulas (I) and (II) mentioned above. As a result, the material filling rate of the active material layer in Example 8 is 85.6 %, the material filling rate of the active material layer in Comparative Example 7 is 79.1 %, In the electrode containing the conductive carbon of this invention, 6.5% of the filling rate An improvement was confirmed.

도 8은 실시예 7, 실시예 8, 및 비교예 7의 리튬 이온 2차 전지에 대한, 레이트와 정극 활물질층의 체적당의 방전 용량의 관계를 나타낸 도면이다. 도 6에 나타낸 결과와 마찬가지로 전극 밀도가 증대함에 따라서 방전 용량도 증대하고, 대략 동일한 레이트 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 실시예 8과 비교예 7의 리튬 이온 2차 전지에 대해서 60℃, 0.5C의 충방전 레이트의 조건 하, 4.3~3.0V의 범위에서 충방전을 반복했다. 도 9에, 얻어진 사이클 특성의 결과를 나타낸다. 도 7에 나타낸 결과와 마찬가지로, 실시예 8의 2차 전지가 비교예 7의 2차 전지보다 뛰어난 사이클 특성을 갖는 것을 알 수 있다.FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the rate and the discharge capacity per volume of the positive electrode active material layer for the lithium ion secondary batteries of Examples 7, 8, and Comparative Example 7. FIG. It turns out that the discharge capacity also increases as the electrode density increases similarly to the result shown in FIG. 6, and substantially the same rate characteristic is obtained. For the lithium ion secondary batteries of Example 8 and Comparative Example 7, charging and discharging were repeated in the range of 4.3-3.0V under the conditions of 60 degreeC and the charge-discharge rate of 0.5C. In Fig. 9, the results of the obtained cycle characteristics are shown. 7 , it can be seen that the secondary battery of Example 8 has superior cycle characteristics than the secondary battery of Comparative Example 7.

(ⅲ) 활물질: Li1 . 2Mn0 . 56Ni0 . 17Co0 . 07O2 (iii) Active material: Li 1 . 2 Mn 0 . 56 Ni 0 . 17 Co 0 . 07 O 2

실시예 9Example 9

Li(CH3COO) 1.66g과, Mn(CH3COO)2·4H2O 2.75g과, Ni(CH3COO)2·4H2O 0.85g과, Co(CH3COO)2·4H2O 0.35g과, 증류수 200mL를 혼합하고, 이배퍼레이터를 이용하여 용매를 제거하고 혼합물을 채집했다. 이어서, 채집한 혼합물을 진동 볼 밀 장치에 도입하고, 15hz로 10분간의 분쇄를 행하여 균일한 혼합물을 얻었다. 분쇄 후의 혼합물을 공기 중 900℃에서 1시간 가열하고, 평균 입경이 1㎛ 이하인 리튬 과잉 고용체 Li1 . 2Mn0 . 56Ni0 . 17Co0 . 07O2의 결정을 얻었다. 이 결정 입자의 91질량부와, 4질량부의 실시예 1의 도전성 카본을 혼합하고, 또한 5질량부의 폴리불화비닐리덴과 적당량의 N-메틸피롤리돈을 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 알루미늄박 상에 도포해서 건조한 후, 압연 처리를 실시하여 리튬 이온 2차 전지용의 정극을 얻었다. 이 정극에 있어서의 알루미늄박 상의 활물질층의 체적과 중량의 실측값으로부터 전극 밀도를 산출했다. 전극 밀도의 값은 3.15g/cc였다. 또한, 얻어진 정극을 이용하여, 1M의 LiPF6의 에틸렌카보네이트/디에틸카보네이트 1:1 용액을 전해액으로 하고, 대극을 리튬으로 한 리튬 이온 2차 전지를 작성했다. 얻어진 전지에 대해서, 광범위한 전류 밀도의 조건 하에서 충방전 특성을 평가했다.1.66 g of Li(CH 3 COO), 2.75 g of Mn(CH 3 COO) 2 .4H 2 O, and 0.85 g of Ni(CH 3 COO) 2 .4H 2 O, and Co(CH 3 COO) 2 .4H 2 0.35 g of O and 200 mL of distilled water were mixed, the solvent was removed using an evaporator, and the mixture was collected. Next, the collected mixture was introduced into a vibrating ball mill apparatus, and pulverization was performed at 15 hz for 10 minutes to obtain a uniform mixture. The mixture after pulverization is heated in air at 900°C for 1 hour, and lithium excess solid solution Li 1 having an average particle size of 1 µm or less . 2 Mn 0 . 56 Ni 0 . 17 Co 0 . 07 O 2 crystals were obtained. 91 parts by mass of this crystal grain and 4 parts by mass of the conductive carbon of Example 1 are mixed, and further, 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone are added and sufficiently kneaded to form a slurry, After apply|coating this slurry on aluminum foil and drying it, the rolling process was performed and the positive electrode for lithium ion secondary batteries was obtained. The electrode density was computed from the measured value of the volume and weight of the active material layer on the aluminum foil in this positive electrode. The value of the electrode density was 3.15 g/cc. Moreover, using the obtained positive electrode, the ethylene carbonate/diethyl carbonate 1: 1 solution of 1M LiPF6 was used as electrolyte solution, and the lithium ion secondary battery which used lithium as the counter electrode was created. About the obtained battery, the charging/discharging characteristic was evaluated under the conditions of a wide range of current densities.

비교예 8Comparative Example 8

91질량부의 실시예 9에 있어서 얻어진 Li1 . 2Mn0 . 56Ni0 . 17Co0 . 07O2 입자와, 4질량부의 아세틸렌 블랙(1차 입자 지름; 40㎚, 마이크로 구멍의 비표면적; 0㎡g- 1)을 혼합하고, 또한 5질량부의 폴리불화비닐리덴과 적당량의 N-메틸피롤리돈을 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 알루미늄박 상에 도포해서 건조한 후, 압연 처리를 실시하여 리튬 이온 2차 전지용의 정극을 얻었다. 이 정극에 있어서의 알루미늄박 상의 활물질층의 체적과 중량의 실측값으로부터 전극 밀도를 산출했다. 전극 밀도의 값은 2.95g/cc였다. 또한, 얻어진 정극을 이용하여, 1M의 LiPF6의 에틸렌카보네이트/디에틸카보네이트 1:1 용액을 전해액으로 하고, 대극을 리튬으로 한 리튬 이온 2차 전지를 작성했다. 얻어진 전지에 대해서, 광범위한 전류 밀도의 조건 하에서 충방전 특성을 평가했다.Li 1 obtained in Example 9 of 91 parts by mass . 2 Mn 0 . 56 Ni 0 . 17 Co 0 . 07 O 2 particles and 4 parts by mass of acetylene black (primary particle diameter; 40 nm, specific surface area of micropores; 0 m 2 g - 1 ) were mixed, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methyl After pyrrolidone was added and kneaded enough to form a slurry, this slurry was apply|coated on aluminum foil and dried, the rolling process was performed and the positive electrode for lithium ion secondary batteries was obtained. The electrode density was computed from the measured value of the volume and weight of the active material layer on the aluminum foil in this positive electrode. The value of the electrode density was 2.95 g/cc. Moreover, using the obtained positive electrode, the ethylene carbonate/diethyl carbonate 1:1 solution of 1 M LiPF6 was used as electrolyte solution, and the lithium ion secondary battery which used lithium as the counter electrode was created. About the obtained battery, the charging/discharging characteristic was evaluated under the conditions of a wide range of current densities.

도 10은 실시예 9 및 비교예 8의 리튬 이온 2차 전지에 대한, 레이트와 정극 활물질층의 체적당의 방전 용량의 관계를 나타낸 도면이다. 도 6에 나타낸 결과와 마찬가지로 전극 밀도가 증대함에 따라서 방전 용량도 증대되고, 대략 동일한 레이트 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 실시예 9와 비교예 8의 리튬 이온 2차 전지에 대해서 25℃, 0.5C의 충방전 레이트의 조건 하, 4.8~2.5V의 범위에서 충방전을 반복했다. 도 11에, 얻어진 사이클 특성의 결과를 나타낸다. 도 7에 나타낸 결과와 마찬가지로, 실시예 9의 2차 전지가 비교예 8의 2차 전지보다 뛰어난 사이클 특성을 갖는 것을 알 수 있다.Fig. 10 is a diagram showing the relationship between the rate and the discharge capacity per volume of the positive electrode active material layer for the lithium ion secondary batteries of Example 9 and Comparative Example 8; As with the result shown in FIG. 6, it turns out that the discharge capacity also increases as the electrode density increases, and substantially the same rate characteristic is obtained. For the lithium ion secondary batteries of Example 9 and Comparative Example 8, charging and discharging were repeated in the range of 4.8 to 2.5 V under conditions of a charge/discharge rate of 25°C and 0.5C. 11 shows the results of the obtained cycle characteristics. 7 , it can be seen that the secondary battery of Example 9 has superior cycle characteristics than the secondary battery of Comparative Example 8 .

(ⅳ) 카본 원료의 변경(iv) Change of carbon raw material

실시예 10Example 10

60% 질산 300mL에 공극을 갖는 퍼니스 블랙(평균 1차 입자 지름 20㎚, 마이크로 구멍의 비표면적; 1131㎡g-1) 10g을 첨가하고, 얻어진 액에 초음파를 10분간 조사한 후 여과하여 퍼니스 블랙을 회수했다. 회수한 퍼니스 블랙을 3회 수세하고 건조함으로써, 산 처리 퍼니스 블랙을 얻었다. 이 산 처리 퍼니스 블랙 0.5g과, Fe(CH3COO)2 1.98g과, Li(CH3COO) 0.77g과, C6H8O7·H2O 1.10g과, CH3COOH 1.32g과, H3PO4 1.31g과, 증류수 120mL를 혼합하여 얻어진 혼합액을 스터러로 1시간 교반한 후, 공기 중 100℃에서 증발 건고시켜서 혼합물을 채집했다. 이어서, 얻어진 혼합물을 진동 볼 밀 장치에 도입하고, 20hz로 10분간의 분쇄를 행하였다. 분쇄 후의 분체를 질소 중 700℃에서 3분간 가열하여 퍼니스 블랙에 LiFePO4가 담지된 복합체를 얻었다.10 g of furnace black having pores (average primary particle diameter of 20 nm, specific surface area of micropores; 1131 m 2 g -1 ) was added to 300 mL of 60% nitric acid, and the resulting solution was irradiated with ultrasonic waves for 10 minutes, followed by filtration to obtain furnace black recovered The recovered furnace black was washed with water 3 times and dried to obtain an acid-treated furnace black. 0.5 g of this acid-treated furnace black, 1.98 g of Fe(CH 3 COO) 2 , 0.77 g of Li(CH 3 COO), 1.10 g of C 6 H 8 O 7 .H 2 O, 1.32 g of CH 3 COOH , H 3 PO 4 1.31 g and 120 mL of distilled water were mixed, and the resulting mixture was stirred with a stirrer for 1 hour, and then evaporated to dryness at 100° C. in the air to collect the mixture. Next, the obtained mixture was introduced into a vibrating ball mill apparatus, and pulverization was performed at 20 hz for 10 minutes. The pulverized powder was heated in nitrogen at 700° C. for 3 minutes to obtain a composite in which LiFePO 4 was supported on furnace black.

농도 30%의 염산 수용액 100mL에 얻어진 복합체 1g을 첨가하고, 얻어진 액에 초음파를 15분간 조사시키면서 복합체 중의 LiFePO4를 용해시켜서 남은 고체를 여과하여 수세하고, 건조시켰다. 건조 후의 고체의 일부를 TG 분석에 의해 공기 중 900℃까지 가열하고, 중량 손실을 측정했다. 중량 손실이 100%, 즉 LiFePO4가 잔류하고 있지 않은 것을 확인할 수 있을 때까지 상술의 염산 수용액에 의한 LiFePO4의 용해, 여과, 수세 및 건조의 공정을 반복하여, LiFePO4 프리의 도전성 카본을 얻었다.1 g of the obtained composite was added to 100 mL of an aqueous hydrochloric acid solution having a concentration of 30%, and the obtained solution was irradiated with ultrasonic waves for 15 minutes to dissolve LiFePO 4 in the composite, and the remaining solid was filtered, washed with water, and dried. A part of the dried solid was heated to 900°C in air by TG analysis, and the weight loss was measured. The process of dissolving LiFePO 4 with an aqueous hydrochloric acid solution, filtration, washing with water and drying is repeated until it can be confirmed that the weight loss is 100%, that is, LiFePO 4 does not remain, to obtain LiFePO 4 free conductive carbon .

이어서, 얻어진 도전성 카본의 0.1g을 pH11의 암모니아 수용액 20mL에 첨가하고, 1분간의 초음파 조사를 행하였다. 얻어진 액을 5시간 방치해서 고상 부분을 침전시켰다. 고상 부분의 침전 후, 상청액을 제거한 잔여 부분을 건조해서 건조 후의 고체의 중량을 측정했다. 건조 후의 고체의 중량을 최초의 도전성 카본의 중량 0.1g으로부터 뺀 중량의 최초의 도전성 카본의 중량 0.1g에 대한 중량비를, 도전성 카본에 있어서의 「친수성 부분」의 함유량으로 했다. 이 도전성 카본은 13%의 친수성 부분을 함유하고 있었다. 또한, 원료로서 사용한 공극을 갖는 퍼니스 블랙에 있어서의 친수성 부분은 겨우 2%이다.Then, 0.1 g of the obtained conductive carbon was added to 20 mL of aqueous ammonia solution of pH11, and ultrasonic irradiation for 1 minute was performed. The obtained liquid was left to stand for 5 hours to precipitate a solid part. After precipitation of the solid part, the residual part from which the supernatant liquid was removed was dried, and the weight of the solid after drying was measured. Weight ratio with respect to the weight 0.1g of the first conductive carbon of the weight which subtracted the weight of the solid after drying from the weight 0.1g of the first conductive carbon was made into content of the "hydrophilic part" in conductive carbon. This conductive carbon contained 13% of hydrophilic part. In addition, the hydrophilic portion in the furnace black having voids used as a raw material is only 2%.

94질량부의 시판의 LiNi0 . 5Mn0 . 3Co0 . 2O2 입자(평균 입경 5㎛)와, 2질량부의 얻어진 도전성 카본과, 2질량부의 아세틸렌 블랙(1차 입자 지름; 40㎚, 마이크로 구멍의 비표면적; 0㎡g- 1)을 혼합했다. 도 12에, 얻어진 혼합물에 대한 50000배의 SEM 사진을 나타낸다. 입자의 표면이 부분적으로 풀 형상물로 덮여져서 윤곽이 명료하게 파악되지 않게 되어 있지만, 이 풀 형상물은 퍼니스 블랙 원료를 산화 처리해서 얻어진 도전성 카본이 혼합의 압력에 의해 입자의 표면을 덮으면서 퍼진 것이다. 또한, 평균 1차 입자 지름 20㎚의 미세한 퍼니스 블랙 및 1차 입자 지름 40㎚의 아세틸렌 블랙이 양호하게 분산되어 있는 것을 알 수 있다. 일반적으로 미세한 입자는 응집되기 쉽다고 말해지고 있지만, 공극을 갖는 퍼니스 블랙을 산화 처리해서 얻어진 도전성 카본에 의해 미세한 입자의 응집이 효과적으로 억제되어 있다.94 parts by mass of commercially available LiNi 0 . 5 Mn 0 . 3 Co 0 . 2 O 2 particle|grains (average particle diameter of 5 micrometers), 2 mass parts of obtained conductive carbon, and 2 mass parts of acetylene black (primary particle diameter; 40 nm, specific surface area of micropores; 0 m<2>g - 1 ) were mixed. In Fig. 12, a SEM photograph of 50000 times of the obtained mixture is shown. Although the surface of the particle|grains is partially covered with a grass material, and the outline is not grasped clearly, this grass material spreads while conductive carbon obtained by oxidizing a furnace black raw material covers the surface of particle|grains by the pressure of mixing. Moreover, it turns out that fine furnace black with an average primary particle diameter of 20 nm and acetylene black with an average primary particle diameter of 40 nm are disperse|distributing favorably. Although it is generally said that a fine particle is easy to aggregate, the aggregation of a fine particle is effectively suppressed by the conductive carbon obtained by carrying out the oxidation process of the furnace black which has a space|gap.

이어서, 얻어진 혼합물에 2질량부의 폴리불화비닐리덴과 적당량의 N-메틸피롤리돈을 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 알루미늄박 상에 도포해서 건조한 후, 압연 처리를 실시하여 리튬 이온 2차 전지용의 정극을 얻었다. 이 정극에 있어서의 알루미늄박 상의 활물질층의 체적과 중량의 실측값으로부터 전극 밀도를 산출했다. 전극 밀도의 값은 3.80g/cc였다. 또한, 얻어진 정극 을 이용하여, 1M의 LiPF6의 에틸렌카보네이트/디에틸카보네이트 1:1 용액을 전해액으로 하고, 대극을 리튬으로 한 리튬 이온 2차 전지를 작성했다. 얻어진 전지에 대해서, 광범위한 전류 밀도의 조건 하에서 충방전 특성을 평가했다. 또한, 얻어진 전지에 대해서 60℃, 0.5C의 충방전 레이트의 조건 하, 4.6~3.0V의 범위에서 충방전을 반복했다.Next, 2 parts by mass of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone are added to the resulting mixture, thoroughly kneaded to form a slurry, and the slurry is coated on an aluminum foil and dried, followed by rolling treatment for lithium A positive electrode for an ion secondary battery was obtained. The electrode density was computed from the measured value of the volume and weight of the active material layer on the aluminum foil in this positive electrode. The value of the electrode density was 3.80 g/cc. Further, using the obtained positive electrode, a lithium ion secondary battery using a 1 M LiPF 6 ethylene carbonate/diethyl carbonate 1:1 solution as an electrolyte solution and lithium as a counter electrode was prepared. About the obtained battery, the charging/discharging characteristic was evaluated under the conditions of a wide range of current densities. Moreover, charging and discharging were repeated about the obtained battery in the range of 4.6-3.0V under the conditions of 60 degreeC and the charging/discharging rate of 0.5C.

실시예 10과 비교예 6은 정극을 위한 카본의 종류에 있어서는 다르지만 그 밖의 조건은 동일하고, 실시예 10에서는 공극을 갖는 퍼니스 블랙 원료로부터 얻어진 도전성 카본과 아세틸렌 블랙이 사용되었지만, 비교예 6에서는 아세틸렌 블랙만이 사용되었다. 비교예 6에 있어서의 정극의 전극 밀도는 3.40g/cc이며, 공극을 갖는 퍼니스 블랙 원료로부터 얻어진 도전성 카본의 사용에 의해 전극 밀도가 대폭 향상됐다. 또한, 실시예 10과 실시예 6은 정극을 위한 카본의 종류에 있어서 다르지만 그 밖의 조건은 동일하고, 실시예 6에서는 케첸 블랙 원료로부터 얻어진 도전성 카본과 아세틸렌 블랙이 사용되었지만, 실시예 10에서는 퍼니스 블랙 원료로부터 얻어진 도전성 카본과 아세틸렌 블랙이 사용되었다. 실시예 6에 있어서의 정극의 전극 밀도는 3.81g/cc이며, 도전성 카본에 있어서의 원료의 상위에 상관없이 거의 동일한 전극 밀도가 얻어졌다.Example 10 and Comparative Example 6 differed in the type of carbon for the positive electrode, but other conditions were the same. In Example 10, conductive carbon and acetylene black obtained from a furnace black raw material having voids were used, but in Comparative Example 6, acetylene Only black was used. The electrode density of the positive electrode in the comparative example 6 was 3.40 g/cc, and the electrode density improved significantly by use of the conductive carbon obtained from the furnace black raw material which has a space|gap. In addition, Example 10 and Example 6 differ in the type of carbon for the positive electrode, but other conditions are the same. In Example 6, conductive carbon and acetylene black obtained from a Ketjen black raw material were used, but in Example 10, furnace black Conductive carbon and acetylene black obtained from raw materials were used. The electrode density of the positive electrode in Example 6 was 3.81 g/cc, and the substantially same electrode density was obtained irrespective of the difference of the raw material in conductive carbon.

도 13에 실시예 10 및 비교예 6의 리튬 이온 2차 전지에 대한 레이트와 정극 활물질층의 체적당의 방전 용량의 관계를 나타내고, 도 14에 실시예 10 및 비교예 6의 리튬 이온 2차 전지에 대한 사이클 특성의 결과를 나타낸다. 도 13으로부터 전극 밀도가 증대함에 따라서 방전 용량도 증대하고, 대략 동일한 레이트 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 도 6에 있어서의 실시예 6의 2차 전지의 레이트 특성과 도 13에 있어서의 실시예 10의 2차 전지의 레이트 특성을 비교하면, 정극을 위해서 사용한 도전성 카본에 있어서의 원료의 상위에 관계없이 거의 동일한 레이트 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 도 14로부터, 실시예 10의 2차 전지가 비교예 6의 2차 전지보다 뛰어난 사이클 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 도 7에 있어서의 실시예 6의 2차 전지의 사이클 특성과 도 14에 있어서의 실시예 10의 2차 전지의 사이클 특성을 비교하면, 정극을 위해서 사용한 도전성 카본에 있어서의 원료의 상위에 상관없이 거의 동일한 레이트 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.13 shows the relationship between the rate and the discharge capacity per volume of the positive electrode active material layer for the lithium ion secondary batteries of Example 10 and Comparative Example 6, and FIG. 14 shows the lithium ion secondary batteries of Example 10 and Comparative Example 6 Shows the results of cycle characteristics for It can be seen from Fig. 13 that as the electrode density increases, the discharge capacity also increases, and substantially the same rate characteristics are obtained. Moreover, when the rate characteristic of the secondary battery of Example 6 in FIG. 6 and the rate characteristic of the secondary battery of Example 10 in FIG. 13 are compared, in the difference of the raw material in the conductive carbon used for a positive electrode Regardless, it can be seen that almost the same rate characteristics are obtained. 14 , it can be seen that the secondary battery of Example 10 has superior cycle characteristics than the secondary battery of Comparative Example 6. Moreover, when the cycling characteristics of the secondary battery of Example 6 in FIG. 7 and the cycling characteristics of the secondary battery of Example 10 in FIG. 14 are compared, in the difference of the raw material in the conductive carbon used for a positive electrode Regardless, it can be seen that almost the same rate characteristics are obtained.

(4) 활물질의 용해성(4) solubility of active material

상술한 바와 같이, 본 발명의 도전성 카본을 포함하는 활물질층을 갖는 정극을 구비한 리튬 이온 2차 전지의 뛰어난 사이클 특성은 활물질 입자 표면의 대략 전체가 풀 형상의 카본에 의해 피복되어 있고, 이 풀 형상의 카본이 활물질의 열화를 억제하고 있기 때문이라고 생각되지만, 이것을 확인하기 위해서 활물질의 용해성을 조사했다.As mentioned above, the outstanding cycling characteristics of the lithium ion secondary battery provided with the positive electrode which has an active material layer containing the conductive carbon of this invention is substantially the whole of the active material particle surface coat|covered with grass-like carbon, and this glue It is thought that it is because the carbon of a shape suppresses deterioration of an active material, In order to confirm this, the solubility of an active material was investigated.

실시예 1의 도전성 카본 및 아세틸렌 블랙의 각각을 평균 입경 0.22㎛의 LiFePO4 입자, 평균 입경 0.26㎛의 LiCoO2 입자, 및 평균 입경 0.32㎛의 LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 입자와 5:95의 질량비로 혼합하고, 또한 전체의 5질량%의 폴리불화비닐리덴과 적당량의 N-메틸피롤리돈을 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 알루미늄박 상에 도포하여 건조하고, 압연 처리를 행하여 전극을 얻었다. 이 전극과, 1M의 LiPF6의 에틸렌카보네이트/디에틸카보네이트 1:1 용액에 물 1000ppm을 첨가한 전해질을 이용하여 코인형 전지를 작성했다. 이 시험에서는 전해액과 접촉하는 활물질의 면적을 증가시킬 목적으로 비표면적이 큰 미소 입자가 사용되었다. 또한, 물 1000ppm은 물이 많을수록 활물질이 용해되기 쉽기 때문에, 가속 시험을 목적으로 해서 첨가되었다. 이 전지를 60℃에서 1주일 방치한 후에 분해하고, 전해질을 채취하여 ICP 발광 분석 장치에 의해 전해질에 용해되어 있는 금속량을 분석했다. 표 1에 얻어진 결과를 나타낸다.Each of the conductive carbon and acetylene black of Example 1 was mixed with LiFePO 4 particles having an average particle diameter of 0.22 μm, LiCoO 2 particles having an average particle diameter of 0.26 μm, and LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 particles having an average particle diameter of 0.32 μm and 5:95 After mixing in a mass ratio, 5 mass % of polyvinylidene fluoride and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone of the total are added and thoroughly kneaded to form a slurry, coated on aluminum foil, dried, and rolled to an electrode got A coin-type battery was created using this electrode and the electrolyte obtained by adding 1000 ppm of water to a 1:1 solution of 1 M LiPF 6 in ethylene carbonate/diethyl carbonate. In this test, microparticles with a large specific surface area were used in order to increase the area of the active material in contact with the electrolyte. In addition, 1000 ppm of water was added for the purpose of an accelerated test, since the active material is easy to melt|dissolve so that there is much water. After leaving this battery at 60 DEG C for one week, it was disassembled, the electrolyte was collected, and the amount of metal dissolved in the electrolyte was analyzed by an ICP emission spectrometer. The results obtained in Table 1 are shown.

Figure 112016088221709-pct00001
Figure 112016088221709-pct00001

표 1로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1의 도전성 카본은 아세틸렌 블랙과 비교해서 활물질의 전해질 중으로의 용해를 현저하게 억제한다. 이것은 실시예 1의 도전성 카본이, 활물질이 0.22~0.32㎛의 평균 입경을 갖는 미소 입자라도 이 미소 입자의 응집을 효과적으로 억제하고, 활물질 입자 표면의 대략 전체를 피복하고 있기 때문이라고 생각된다.As is clear from Table 1, the conductive carbon of Example 1 suppresses the dissolution in the electrolyte of an active material remarkably compared with acetylene black. It is thought that this is because the conductive carbon of Example 1 suppresses aggregation of this microparticle effectively even if it is a microparticle whose active material has an average particle diameter of 0.22-0.32 micrometer, and has coat|covered substantially the whole active material particle surface.

(5) 도전성 카본에 대한 압력 인가의 영향(5) Influence of pressure application to conductive carbon

(i) SEM 관찰(i) SEM observation

도 15는, 실시예 1의 도전성 카본 및 비교예 4의 도전성 카본에 대해서 각각 분산매에 분산하고, 얻어진 분산물을 알루미늄박 상에 도포하고, 건조한 도막을 촬영한 SEM 사진, 및 도막에 300kN의 힘의 압연 처리를 행한 후에 촬영한 SEM 사진을 나타낸다. 비교예 4의 도전성 카본의 도막은 압연 처리 전후로 큰 변화를 나타내지 않았다. 그러나, 실시예 1의 도전성 카본의 도막에서는 SEM 사진으로부터 파악되는 바와 같이, 압연 처리에 의해 표면의 요철이 현저하게 감소하고, 카본 입자가 퍼져서 입계가 확인되기 어렵게 되어 있었다. 따라서, 강산화 처리에 의해 카본의 성상이 크게 변화된 것을 알 수 있다.15 is an SEM photograph of the conductive carbon of Example 1 and the conductive carbon of Comparative Example 4, respectively dispersed in a dispersion medium, the obtained dispersion is applied on an aluminum foil, and a dried coating film is photographed, and a force of 300 kN on the coating film The SEM photograph taken after performing the rolling treatment of is shown. The coating film of the conductive carbon of the comparative example 4 did not show the big change before and behind a rolling process. However, in the coating film of the conductive carbon of Example 1, the surface unevenness|corrugation decreased remarkably by a rolling process so that a SEM photograph might grasp|ascertain, a carbon particle spread, and it became difficult to confirm a grain boundary. Accordingly, it can be seen that the properties of carbon were greatly changed by the strong oxidation treatment.

(ⅱ) 프레스압과 밀도의 관계(ii) Relationship between press pressure and density

실시예 1의 도전성 카본 및 비교예 5의 도전성 카본(카본 원료)의 각각에 대해서, 도전성 카본과 폴리불화비닐리덴을 70:30의 비율로 적당량의 N-메틸피롤리돈에 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 알루미늄박 상에 도포하여 건조한 후, 압연 처리를 실시했다. 도 16은 압연 처리에 있어서의 프레스압의 카본 밀도에 대한 영향을 조사한 결과를 나타내는 도면으로, (A)는 프레스압과 밀도의 관계를, (B)는 프레스압과 밀도 증가율의 관계를 각각 나타내고 있다. 도 1 6으로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1의 도전성 카본은 비교예 5의 도전성 카본과 비교해서 프레스 전에도 밀도가 크다. 또한, 실시예 1의 도전성 카본은 비교예 5의 도전성 카본과 비교해서 프레스압의 영향을 크게 받아 프레스압의 증가에 따른 밀도 증가율이 크며, 프레스압이 25㎪이고 밀도 증가율이 200%를 초과한다. 따라서, 같은 프레스압의 조건 하에서 압연 처리가 실시되었을 경우에는, 실시예 1의 도전성 카본은 비교예 5의 도전성 카본과 비교해서 치밀하게 압축되는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 실시예 1의 도전성 카본을 포함하는 전극 재료를 이용하여 전극을 작성하면, 압연 처리에 의해 실시예 1의 도전성 카본이 치밀하게 압축되어 활물질 입자가 서로 접근하고, 전극 밀도가 향상되는 것이 이해된다.For each of the conductive carbon of Example 1 and the conductive carbon (carbon raw material) of Comparative Example 5, the conductive carbon and polyvinylidene fluoride were added to an appropriate amount of N-methylpyrrolidone in a ratio of 70:30 and sufficiently kneaded. After forming a slurry, apply|coating this slurry on aluminum foil and drying, it rolled. Fig. 16 is a view showing the results of investigation of the effect of the press pressure on the carbon density in the rolling process, in which (A) shows the relationship between the press pressure and the density, (B) shows the relationship between the press pressure and the density increase rate, respectively. there is. As is clear from FIG. 16, the conductive carbon of Example 1 has a large density also before a press compared with the conductive carbon of the comparative example 5. In addition, the conductive carbon of Example 1 is greatly affected by the press pressure compared to the conductive carbon of Comparative Example 5, and the density increase rate according to the increase of the press pressure is large, the press pressure is 25 kPa, and the density increase rate exceeds 200%. . Therefore, when a rolling process is performed on the conditions of the same press pressure, it turns out that the conductive carbon of Example 1 is compressed densely compared with the conductive carbon of the comparative example 5. From this, when an electrode is created using the electrode material containing the conductive carbon of Example 1, the conductive carbon of Example 1 is compressed densely by a rolling process, the active material particle approaches each other, and it is that an electrode density improves It is understood.

(ⅲ) 프레스압과 도전율의 관계(iii) Relationship between press pressure and conductivity

실시예 1의 도전성 카본 및 비교예 5의 도전성 카본(카본 원료)의 각각에 대해서, 도전성 카본과 폴리테트라플루오로에틸렌을 70:30의 비율로 적당량의 N-메틸피롤리돈에 첨가해서 충분히 혼련하여 슬러리를 형성하고, 이 슬러리를 시트상으로 성형해서 건조한 후, 압연 처리를 실시했다. 도 17은 압연 처리에 있어서의 프레스압의 카본 도전율에 대한 영향을 조사한 결과를 나타내는 도면이며, (A)는 프레스압과 도전율의 관계를, (B)는 프레스압과 도전율 증가율의 관계를 각각 나타내고 있다. 도 17로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1의 도전성 카본은 비교예 5의 도전성 카본에 비교해서 도전율이 낮지만, 압연 처리에 의해 밀도가 증가하기 때문에 프레스압의 증가에 따라 도전율도 증가하는 것을 알 수 있다. 실시예 1의 도전성 카본을 포함하는 전극 재료를 이용하여 전극을 작성하면, 압연 처리에 의해 실시예 1의 도전성 카본이 활물질 입자의 표면에 풀 형상으로 퍼져서 도전성 카본과 활물질 입자의 접촉 면적이 증가하지만, 이 풀 형상으로 퍼진 도전성 카본이 활물질 입자와의 접촉에 의해 치밀하게 압축되어 도전성 카본의 도전율이 향상된다.For each of the conductive carbon of Example 1 and the conductive carbon (carbon raw material) of Comparative Example 5, the conductive carbon and polytetrafluoroethylene were added to an appropriate amount of N-methylpyrrolidone in a ratio of 70:30, and thoroughly kneaded. It rolled to form a slurry, and after shape|molding this slurry into sheet shape and drying it, the rolling process was performed. Fig. 17 is a view showing the results of investigation of the effect of the press pressure on the carbon conductivity in the rolling process, (A) the relationship between the press pressure and the electrical conductivity, (B) the relationship between the press pressure and the electrical conductivity increase rate, respectively. there is. As is clear from FIG. 17, although the conductive carbon of Example 1 has low electrical conductivity compared with the conductive carbon of Comparative Example 5, since a density increases by a rolling process, it turns out that electrical conductivity also increases with the increase of a press pressure. there is. When an electrode is created using the electrode material containing the conductive carbon of Example 1, the conductive carbon of Example 1 spreads in a pasty shape on the surface of the active material particles by rolling treatment, and the contact area between the conductive carbon and the active material particles increases, but , the conductive carbon spread in the form of grass is densely compressed by contact with the active material particles, and the conductivity of the conductive carbon is improved.

(6) 도전성 카본과 활물질의 혼합 상태(6) Mixed state of conductive carbon and active material

활물질과 카본의 혼합 상태를 확인하기 위해서, 이하의 실험을 행하였다.In order to confirm the mixed state of an active material and carbon, the following experiment was performed.

(i) 미소 입자와 카본의 혼합(i) Mixing of fine particles and carbon

실시예 1의 도전성 카본 및 아세틸렌 블랙의 각각을, 평균 입경 0.32㎛의 LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 미소 입자와 20:80의 질량비로 유발(乳鉢)에 도입해서 건식 혼합을 행하였다. 도 18에는 배율 50000배의 SEM 사진을 나타낸다. 카본으로서 아세틸렌 블랙을 사용했을 경우에는 실시예 1의 도전성 카본을 사용했을 경우와 비교하여 같은 혼합 조건인데도 불구하고, 미소 입자가 응집되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1의 도전성 카본이 미소 입자의 응집을 효과적으로 억제하는 것을 알 수 있다.Each of the conductive carbon and acetylene black of Example 1 was introduced into a mortar at a mass ratio of 20:80 with LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 microparticles having an average particle diameter of 0.32 µm, followed by dry mixing. 18 shows an SEM photograph at a magnification of 50000 times. When acetylene black is used as carbon, compared with the case where the conductive carbon of Example 1 is used, in spite of being the same mixing conditions, it turns out that the microparticles|fine-particles are aggregated. Therefore, it turns out that the conductive carbon of Example 1 suppresses the aggregation of a microparticle effectively.

(ⅱ) 조대 입자와 카본의 혼합(ii) Mixing of coarse particles and carbon

실시예 1의 도전성 카본 및 아세틸렌 블랙의 각각을, 평균 입경 5㎛의 LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 조대 입자와 4:96의 질량비로 유발에 도입해서 건식 혼합을 행하였다. 도 19에는 배율 100000배의 SEM 사진을 나타낸다. 카본으로서 아세틸렌 블랙을 사용했을 경우에는 조대 입자와 아세틸렌 블랙이 분리해서 존재하고 있지만, 실시예 1의 도전성 카본을 사용했을 경우에는 조대 입자가 풀 형상물에 의해 덮여 조대 입자의 윤곽이 명료하게 파악되지 않는 것을 알 수 있다. 이 풀 형상물은, 실시예 1의 도전성 카본이 혼합의 압력에 의해 조대 입자의 표면을 덮으면서 퍼진 것이다. 전극 작성시의 압연 처리에 의해, 실시예 1의 도전성 카본이 더욱 풀 형상으로 퍼져서 활물질 입자의 표면을 덮으면서 치밀화하여 활물질 입자가 서로 접근하고, 이것에 따라 실시예 1의 도전성 카본이 활물질 입자의 표면을 덮으면서 인접하는 활물질 입자의 사이에 형성되는 간극부에 압출되어 치밀하게 충전되기 때문에, 전극에 있어서의 단위체적당의 활물질량이 증가하여 전극 밀도가 증가했다고 생각된다.Each of the conductive carbon of Example 1 and acetylene black was introduced into a mortar at a mass ratio of 4:96 with LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 coarse particles having an average particle diameter of 5 µm, and dry mixing was performed. 19 shows an SEM photograph at a magnification of 100000 times. When acetylene black is used as carbon, coarse particles and acetylene black exist separately, but when conductive carbon of Example 1 is used, the coarse particles are covered with grass, and the outline of the coarse particles is not clearly grasped. it can be seen that This paste-like material spreads while the conductive carbon of Example 1 covers the surface of a coarse particle by the pressure of mixing. By the rolling treatment at the time of electrode creation, the conductive carbon of Example 1 spreads further in a grassy shape and densifies while covering the surface of the active material particles, so that the active material particles approach each other, and thereby the conductive carbon of Example 1 becomes the active material particles. It is thought that the electrode density increased because the amount of the active material per unit volume in the electrode increased because it was extruded and densely filled in the gap formed between the adjacent active material particles while covering the surface.

<산업상의 이용 가능성><Industrial Applicability>

본 발명의 도전성 카본의 사용에 의해, 높은 에너지 밀도를 갖는 축전 디바이스가 얻어진다.By use of the conductive carbon of this invention, the electrical storage device which has a high energy density is obtained.

Claims (8)

축전 디바이스의 전극을 위한 도전제로서 사용되는 도전성 카본으로서,
상기 도전성 카본이 친수성 부분을 포함하고,
그 친수성 부분의 함유량이 도전성 카본 전체의 10질량% 이상이고,
압력을 받아 풀 형상으로 퍼지는 성질을 갖고,
상기 풀 형상이란, 배율 25000배로 촬영한 SEM 사진에 있어서, 카본 1차 입자의 입계가 확인되지 않고, 비입자상의 부정형인 카본이 연결되어 있는 상태를 의미하고,
상기 친수성 부분은, pH 11의 암모니아 수용액 20ml에 0.1g의 상기 도전성 카본을 첨가하고, 1분간의 초음파 조사를 행하여 얻어진 액을 5시간 방치해서 고상부분을 침전시키는 처리를 통하여 얻어진, 침전하지 않고 pH 11의 암모니아 수용액에 분산되어 있는 부분이며,
상기 친수성 부분의 함유량은, 상기 고상부분의 침전 후, 상청액을 제거한 잔여 부분을 건조시켜서, 건조 후의 고체의 중량을 측정하고, 건조 후의 고체의 중량을 최초의 도전성 카본의 중량 0.1g으로부터 뺀 중량의 최초의 도전성 카본의 중량 0.1g에 대한 비를 계산함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 도전성 카본.
As conductive carbon used as a conductive agent for an electrode of an electrical storage device,
The conductive carbon includes a hydrophilic portion,
Content of the hydrophilic part is 10 mass % or more of the whole conductive carbon,
It has the property of spreading in the form of grass under pressure,
The grass shape means a state in which the grain boundaries of primary carbon particles are not confirmed and non-particulate amorphous carbon is connected in the SEM photograph taken at a magnification of 25000 times,
The hydrophilic part is obtained by adding 0.1 g of the conductive carbon to 20 ml of an aqueous ammonia solution having a pH of 11, and leaving the solution obtained by performing ultrasonic irradiation for 1 minute for 5 hours to precipitate the solid part, the pH without precipitation It is the part dispersed in the aqueous ammonia solution of 11,
The content of the hydrophilic part is, after precipitation of the solid part, the remaining part from which the supernatant is removed, measuring the weight of the solid after drying, and subtracting the weight of the solid after drying from the weight of the first conductive carbon 0.1g It is obtained by calculating ratio with respect to the weight 0.1g of first conductive carbon, The conductive carbon characterized by the above-mentioned.
제 1 항에 있어서,
상기 친수성 부분의 함유량이 도전성 카본 전체의 12질량% 이상인, 도전성 카본.
The method of claim 1,
Conductive carbon whose content of the said hydrophilic part is 12 mass % or more of the whole conductive carbon.
제 1 항에 기재된 도전성 카본의 제조방법으로서,
공극을 갖는 카본 원료에 산화처리를 실시하고, 단, 상기 산화처리를, 상기 산화처리에 의해 얻어지는 상기 도전성 카본에 있어서의 친수성 부분이 도전성 카본 전체의 10질량% 이상으로 되도록 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 카본의 제조방법.
As the manufacturing method of the conductive carbon of Claim 1,
A carbon raw material having voids is subjected to oxidation treatment, provided that the oxidation treatment includes a step of performing the oxidation treatment so that the hydrophilic portion in the conductive carbon obtained by the oxidation treatment becomes 10% by mass or more of the total conductive carbon The manufacturing method of conductive carbon characterized by the above-mentioned.
축전 디바이스를 위한 전극 재료의 제조방법로서,
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 도전성 카본과, 전극 활물질 입자를 혼합하고, 혼합의 압력에 의해, 상기 도전성 카본의 적어도 일부를 풀 형상으로 펴서 상기 전극 활물질 입자의 표면을 피복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 재료의 제조방법.
A method of manufacturing an electrode material for an electrical storage device, comprising:
The conductive carbon according to claim 1 or 2 and the electrode active material particles are mixed, and by the pressure of mixing, at least a part of the conductive carbon is spread in a pasty shape to cover the surface of the electrode active material particles. Method for producing an electrode material, characterized in that.
제 4 항에 있어서,
상기 전극 활물질 입자의 평균 입경이 2㎛ 보다 크고 25㎛ 이하인, 전극 재료의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The average particle diameter of the electrode active material particles is greater than 2㎛ 25㎛, the method for producing an electrode material.
제 4 항에 있어서,
상기 전극 활물질 입자는 정극 활물질 또는 부극 활물질로서 동작 가능한 0.01~2㎛의 평균 입경을 갖는 미소 입자와, 그 미소 입자와 같은 극의 활물질로서 동작 가능한 2㎛보다 크고 25㎛ 이하의 평균 입경을 갖는 조대 입자로 구성되어 있는, 전극 재료의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The electrode active material particles are fine particles having an average particle diameter of 0.01 to 2 μm that can be operated as a positive electrode active material or a negative electrode active material, and coarse particles having an average particle diameter greater than 2 μm and less than or equal to 25 μm that can be operated as the same electrode active material as the fine particles. A method for producing an electrode material, comprising particles.
제 4 항에 있어서,
상기 도전성 카본 및 상기 전극 활물질 입자와 함께 다른 도전성 카본을 더 혼합하는, 전극 재료의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The manufacturing method of the electrode material which further mixes another conductive carbon with the said conductive carbon and the said electrode active material particle.
축전 디바이스의 전극의 제조방법으로서,
제 4 항에 기재된 제조방법에 의해 얻어진 전극 재료를 이용하여 집전체 상에 활물질층을 형성하는 단계; 및
상기 활물질층에 압력을 인가하고, 인가된 압력에 의해, 상기 도전성 카본을 추가로 풀 형상으로 펴서 상기 전극 활물질 입자의 표면을 피복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
A method for manufacturing an electrode of an electrical storage device, comprising:
Forming an active material layer on the current collector using the electrode material obtained by the manufacturing method according to claim 4; and
Applying a pressure to the active material layer, and by the applied pressure, the conductive carbon is further spread in a grass shape to cover the surface of the electrode active material particles.
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